Loi de Coulomb et force électrique : révisions

Vérifiez votre compréhension de la loi de Coulomb' et des forces électrique dans cet article.

Termes clés

Terme	Définition
charge électrique	Propriété de la matière qui détermine la force exercée sur un objet lorsqu'il est placé dans un champ électromagnétique. Un objet peut porter une charge positive, négative ou neutre. Tout comme l'énergie et la matière, la charge électrique se conserve. Il est impossible de créer ou de détruire de la charge électrique.
$k$ ‍	Constante de force électrique, ou constante de Coulomb. Sa valeur est $9, 0 x 10^{9} \frac{N \cdot m^{2}}{C^{2}}$ ‍.

Formules

Formule	Symboles utilisés	Explication
$\| F_{e} \| = k \| \frac{q_{1} q_{2}}{d^{2}} \|$ ‍	$F_{e}$ ‍ est la force électrique (ou électrostatique), $k$ ‍ est la constante de Coulomb, $q_{1}$ ‍ et $q_{2}$ ‍ sont les charges, et $d$ ‍ est la distance entre les charges.	La valeur absolue de la force électrique entre $q_{1}$ ‍ et $q_{2}$ ‍ est directement proportionnelle à la valeur absolue des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Cette formule s'appelle la loi de Coulomb.

Analogie entre force électrique et force gravitationnelle

La loi de Coulomb peut sembler familière car elle ressemble fortement à la loi de la gravitation, découverte par Newton :

\begin{aligned} \begin{aligned} | F_{e} | & = k | \frac{q_{1} q_{2}}{d^{2}} | \\ | F_{g} | & = G \frac{m_{1} m_{2}}{d^{2}} \end{aligned} \end{aligned}

Comme la force gravitationnelle, dont l'intensité augmente avec la masse, la force électrique a son intensité qui augmente avec la valeur absolue des charges. Ces deux forces ont pour direction la ligne imaginaire qui relie les objets. Elles sont toutes deux inversement proportionnelles au carré de la distance entre les objets, et appartiennent donc à la catégorie des lois en carré inverse. Enfin, ces deux forces ont des constantes de proportionnalité :

G

pour

F_{g}

k

pour

F_{e}

, avec

k = 9, 0 \times 10^{9} \frac{N \cdot m^{2}}{C^{2}}

Une des différences notables entre la force gravitationnelle et la force électrique est leur intensité. En effet,

k

étant bien plus grande que

G

, la force électrostatique entre un électron et un proton est d'un ordre de grandeur largement supérieur à la force gravitationnelle qui les relie.

Sens de la force électrique

La force électrique

F_{e}

peut être attractive ou répulsive. Des charges de nature opposée, telles qu'une charge positive et une charge négative, s'attirent. Des charges de même nature, telles que deux charges négatives ou deux charges positives, se repoussent.

Que faut-il retenir de plus sur la loi de Coulomb ?

La force électrique est inversement proportionnelle à $d^{2}$ ‍, et non à $d$ ‍. Lorsque la distance entre les charges augmente, la force électrique diminue en variant proportionnellement à $\frac{1}{d^{2}}$ ‍. Par exemple, si on double la distance entre deux électrons, la force répulsive entre les deux diminue (car il s'agit de proportionnalité inverse) d'un facteur $4$ ‍, et non $2$ ‍ (car il s'agit du carré de la distance).

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