Intensité du champ électrique

Intensité du champ électrique : Interaction entre les champs électriques

Un champ électrique se distingue également d'un champ gravitationnel par le fait qu'il peut avoir une direction positive ou négative. Un champ gravitationnel, quant à lui, n'a qu'une direction positive. C'est une façon pratique de calculer la direction d'un champ à tout moment dans l'espace libre.

Figure 2. Lignes de champ d'une particule chargée positivement (à gauche) et d'une particule chargée négativement (à droite).

Plus les lignes de champ sont denses, plus le champ est intense. Les lignes de champ sont également utiles lorsque de nombreuses charges interagissent entre elles. La figure 3 est un exemple de dipôle électrique, car les charges sont opposées.

Figure 3. Les charges similaires se repoussent, comme l'indiquent les lignes de champ des deux charges positives.

Formule de l'intensité du champ électrique

Nous pouvons mesurer un champ électrique généré par l'intermédiaire d'une charge ponctuelle en calculant l'intensité de son champ électrique. L'intensité du champ électrique est une force exercée par une charge +1 C (charge d'essai) lorsqu'elle est placée dans un champ électrique.

\[E = \frac{F}{Q}\]

Ici, E est l'intensité du champ électrique mesurée en Newtons/Coulombs, F est la force en Newtons et Q est la charge en Coulombs.

L'intensité du champ dépend principalement de l'endroit où se trouve la charge dans le champ. Si une charge est située à un endroit où les lignes de champ sont denses, la force subie sera plus forte. Il convient de noter que l'équation ci-dessus est valable pour les champs linéaires.

Nous supposerons que les charges sont ponctuelles, c'est-à-dire que toute la charge est concentrée au centre et présente un champ radial.

Figure 4. Charges ponctuelles _q1, _q2 et _q3 dans un champ électrique et forces exercées sur elles.

Dans un champ électrique radial, l'intensité du champ électrique peut être représentée comme suit :

\[E = K_c \frac{Q}{r^2}\]

Ici :

• E est l'intensité du champ électrique mesurée en Newtons par Coulomb.
• Kc_est la constante de Coulomb dont la valeur est de 8,^99⋅109.
• Q est la charge ponctuelle en coulombs.
• r est la distance de la charge ponctuelle en mètres.

L'intensité du champ électrique suit une loi inverse du carré : si la distance par rapport à Q augmente, l'intensité du champ diminue.

Comment peut-on utiliser un champ électrique ?

Si nous prenons deux plaques chargées et que nous appliquons une tension entre elles, l'une d'entre elles ayant une charge positive et l'autre une charge négative, un champ électrique parallèle et uniformément réparti sera induit entre les plaques.

Figure 5. L'intensité du champ électrique agit perpendiculairement aux plaques.

Comme l'intensité du champ électrique est la force subie par une charge de 1 C, la force agissant sur une particule chargée positivement peut être considérée comme étant égale à la différence de potentiel appliquée entre les plaques. Par conséquent, pour l'exemple de la figure 5, l'équation de l'intensité du champ électrique est la suivante :

\[E = \frac{V}{d}\]

Ici, E est l'intensité du champ électrique (V/m ou N/C), V est la différence de potentiel en volts et d est la distance entre les plaques en mètres.

Donc, si nous plaçons une charge d'essai dans un champ électrique uniforme, elle va subir une force vers l'extrémité négative de la borne ou de la plaque. Et comme ce champ est uniforme, l'intensité du champ électrique sera la même, quel que soit l'endroit du champ où se trouve la charge d'essai.

Figure 6. Une charge d'essai subit une force à l'intérieur d'un champ uniforme.

Intensité du champ électrique : Une charge d'essai entrant dans un champ uniforme avec une vitesse

Le scénario ci-dessus concerne une charge d'essai placée à l'intérieur d'un champ électrique uniforme. Mais que se passe-t-il si une charge entre dans un champ électrique avec une vitesse initiale ?

Si une charge entre dans un champ électrique uniforme avec une certaine vitesse initiale, elle se courbera, la direction dépendant du fait que la charge est positive ou négative.

Une charge qui entre à angle droit dans le champ ressent une force constante qui agit parallèlement aux lignes de champ à l'intérieur des plaques. Dans la figure 7, une particule chargée positivement entre dans un champ électrique uniforme à angle droit et s'écoule dans la même direction que les lignes de champ. La charge positive accélère alors vers le bas en suivant une trajectoire parabolique incurvée.

Figure 7. Une charge positive suit une trajectoire parabolique si elle entre à angle droit dans le champ. Source : Usama Adeel, StudySmarter.

Si la charge est négative, la direction sera à l'opposé des lignes du champ.