Charge électrique et champs électriques — Physique, 14–17 ans
La charge électrique est une propriété qui fait que des objets s’attirent ou se repoussent électriquement. Un champ électrique décrit la force qu’éprouverait une charge en chaque point, même avant d’y placer une autre charge.
Un champ autour d’une charge
Les charges positives et négatives s’attirent, tandis que les charges de même signe se repoussent. Au lieu de parler d’une force invisible agissant instantanément à distance, la physique utilise un champ électrique : une carte de la force disponible autour d’une charge. La direction du champ est celle que suivrait une petite charge positive de test.
Pourquoi a-t-on introduit les champs ?
Les forces entre charges séparées sont difficiles à imaginer comme un contact direct, alors que leur intensité varie avec la distance. L’idée de champ attribue une valeur mesurable à chaque point de l’espace ; on peut ainsi étudier séparément la charge source et celle qui subit la force. Cela facilite aussi les prévisions avec plusieurs charges.
Exemple détaillé
Une charge positive crée un champ de 200 N/C en un point situé à 0,5 m. On y place une petite charge positive de 0,003 C. La force vaut F = qE = 0,003 × 200 = 0,6 N. Les deux charges étant positives, la force s’éloigne de la charge source. Une charge de test négative subirait 0,6 N dans la direction opposée.
L’erreur fréquente
Une erreur fréquente consiste à dessiner toutes les flèches du champ en s’éloignant de la charge. Cela paraît simple, car une flèche peut signifier « ce que fait la charge ». Par convention, la direction du champ est celle de la force sur une charge positive de test : les flèches sortent des charges positives et entrent dans les négatives.
Où cela sert
Les imprimantes à jet d’encre dirigent de minuscules gouttes chargées grâce à des champs électriques pour former des lettres. Les pulvérisateurs de peinture électrostatiques chargent les gouttes afin qu’elles soient attirées par la carrosserie d’une voiture, ce qui réduit les pertes. La foudre, les photocopieurs et les condensateurs utilisent aussi des champs électriques, dans des dispositifs différents.
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