Le champ électrique
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• mettre en évidence un champ électrique ;
• déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrique et appliquer F→ = q . E→ ;
• tracer et interpréter des lignes de champ et des spectres électriques ;
• reconnaître le champ d'une charge ponctuelle, de deux charges et le champ uniforme.
Situation
Un bâton d'ébonite frotté repousse la boule d'un pendule électrique sans la toucher. Comment une charge peut-elle agir à distance sur une autre ? Qu'est-ce qui a changé dans l'espace autour du bâton ?
I. Le champ électrique
1. Mise en évidence d'un champ électrique
Un pendule électrique, dont la boule porte une charge négative, est placé loin de toute charge : la boule n'est soumise qu'à son poids P→ et à la tension T→ du fil, qui reste vertical.
Approchons un bâton d'ébonite frotté, lui aussi chargé négativement : le fil s'incline, la boule est repoussée. Une troisième force F→, d'origine électrique, agit sur la boule.
La charge du bâton a modifié les propriétés de l'espace qui l'entoure : on dit qu'il y règne un champ électrique.
Un champ électrique règne dans une région de l'espace si un corps chargé placé dans cette région y subit une force électrique.
2. Le vecteur champ électrique
Plaçons au même point M des charges de plus en plus grandes (q, 2q, 3q...) : la déviation du pendule augmente, la force F→ aussi. Pourtant, une étude quantitative montre que le rapport F→q reste constant en M.
Ce rapport ne dépend pas de la charge placée en M : il caractérise le point M. C'est le vecteur champ électrique E→(M) :
- Si q > 0 : F→ a la même direction et le même sens que E→.
- Si q < 0 : F→ a la même direction mais le sens contraire de E→.
- Dans les deux cas : F = |q| . E.
II. Les spectres électriques
1. Lignes de champ et spectre électrique
Une pointe reliée à une machine électrostatique plonge dans de l'huile de paraffine dont la surface est saupoudrée de graines de semoule (ou de ricin). Machine en marche, les graines s'alignent selon des lignes radiales issues de la pointe.
Chaque graine allongée se charge +q à un bout et -q à l'autre. Les deux forces électriques, de sens opposés, forment un couple qui fait tourner la graine jusqu'à l'aligner dans la direction du champ.
Une ligne de champ est une ligne tangente en chacun de ses points au vecteur champ E→ ; elle est orientée dans le sens de E→.
L'ensemble des lignes de champ forme le spectre électrique.
- Là où les lignes de champ sont serrées, le champ est plus intense.
- Deux lignes de champ ne se coupent jamais.
2. Le champ créé par une charge ponctuelle
Mimba-Educ ouvre bientôt
Tu as découvert le début de ce cours. La suite s'ouvrira le 22 novembre 2026, jour de l'ouverture officielle du site.
Visiter un autre cours