Champs de force électrique et importance de la direction et de l’espacement des flèches

Publié le 18 janvier, 2024

Champs de force dans la vraie vie

L’autre jour, je regardais un film de science-fiction dans lequel une station spatiale était entourée d’un champ de force invisible qui la protégeait des attaques. Ce serait une formidable invention à avoir dans la vraie vie, mais nous savons tous que les champs de force n’existent pas vraiment, n’est-ce pas? Eh bien, peut-être pas assez puissants pour protéger une station spatiale, mais ils ne sont pas si farfelus lorsque nous nous réduisons au niveau atomique. Vous voyez, les particules chargées électriquement, telles que les protons et les électrons, sont en fait entourées de champs de force invisibles. Dans cette leçon, nous allons parler de ces champs et de la manière dont les scientifiques utilisent des diagrammes pour les représenter.

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Comprendre la force électrique

Avant de parler de champs de force électrique, nous devons revoir certaines caractéristiques de la force électrique. Toutes les particules chargées électriquement exercent une force sur les autres particules chargées. Si les deux particules ont le même type de charge, comme deux électrons, alors la force sera répulsive et tentera de les séparer. D’un autre côté, si les deux particules ont des charges opposées, comme un proton et un électron, alors la force sera attractive et tentera de rapprocher les particules.

L’intensité de la force dépend fortement de la distance entre les particules chargées. La force est très faible lorsque les particules sont éloignées les unes des autres, mais elle devient beaucoup plus forte à mesure qu’elles se rapprochent. Une autre chose à noter est que la force agit de manière égale dans toutes les directions, c’est pourquoi nous utilisons le terme champ. Un champ de force électrique n’est que l’espace entourant une particule chargée où une force sera subie par d’autres particules chargées.


L’intensité de la force dépend de la distance entre les particules.
Intensité du champ électronique des protons


Les scientifiques utilisent souvent des diagrammes pour nous aider à visualiser des concepts que nous ne pouvons pas réellement voir. Pour réaliser le diagramme d’un champ de force électrique, nous commençons par un cercle qui représente notre particule chargée. Ensuite, nous avons besoin d’un moyen de représenter la force que notre particule exerce sur d’autres particules. Le problème que nous rencontrons est que notre particule peut soit repousser, soit attirer d’autres particules selon qu’elles ont des charges similaires ou opposées. Pour montrer ces deux scénarios, nous utilisons en fait deux diagrammes distincts, l’un avec des flèches pointant vers le cercle et l’autre avec les flèches pointant vers l’intérieur. Les flèches sont appelées lignes de champ et indiquent simplement si la particule repousse ou attire.

Et si nous voulions que l’un de ces diagrammes représente un proton? À ce stade, nous n’avons pas suffisamment d’informations pour décider car un proton peut exercer une force répulsive ou attractive selon le type de charge sur l’autre particule. Les scientifiques ont reconnu ce problème et ont donc proposé une règle que tout le monde devrait suivre lors de l’élaboration de diagrammes de champ électrique. Cette règle stipulait que les lignes de champ pointaient toujours dans la direction de la force subie par une particule chargée positivement placée dans le champ. Cela semble déroutant au début, mais c’est en fait assez simple quand on le dessine. Revenons à nos deux diagrammes de forces répulsives et attractives. Lequel d’entre eux représenterait un proton? Nous savons que les protons repoussent d’autres objets chargés positivement, de sorte que les lignes de champ les pointeraient et les éloigneraient. D’un autre côté, un électron attirerait un objet chargé positivement, de sorte que les lignes de champ pointeraient vers lui. Bien qu’il soit bon de connaître la règle, vous pouvez passer directement à la conclusion que si vous voyez un diagramme avec les lignes de champ indiquant, il représente toujours une particule chargée positivement. De même, les lignes de champ pointant vers l’intérieur représentent toujours une particule chargée négativement.


Les lignes de champ de protons pointent vers l’intérieur et les lignes de champ d’électrons pointent vers l’intérieur.
Direction du champ d'électrons protons

Avec toutes ces discussions sur la direction de la ligne de champ, je parie que vous n’avez même pas remarqué que notre diagramme nous renseigne également sur la force de la force. Jetez un œil à l’espacement des lignes de champ. Près de la particule, les lignes commencent très rapprochées, ce qui indique que la force est très forte. À mesure que nous nous éloignons, les lignes s’écartent davantage, indiquant que la force est plus faible. C’est exactement ce que nous avons appris plus tôt: la force entre les particules est plus forte lorsque les particules sont proches les unes des autres et s’affaiblit à mesure qu’elles s’éloignent.


Pour résumer, toutes les particules chargées électriquement exercent une force sur d’autres particules chargées électriquement. Les charges opposées s’attirent tandis que les charges similaires se repoussent. La force entre les particules chargées dépend fortement de la distance qui les sépare. La force augmente à mesure que la distance entre les particules diminue. La force qu’une particule chargée exerce sur d’autres particules chargées est égale dans toutes les directions.

Un champ de force électrique est l’espace entourant une particule chargée où d’autres particules chargées subiront une force. Les scientifiques utilisent des diagrammes pour représenter le champ de force électrique entourant une particule chargée. Lorsque les lignes de champ s’éloignent de la particule, le diagramme représente une charge positive. Lorsque les lignes de champ pointent vers la particule, le diagramme représente une charge négative. Enfin, l’espacement des lignes de champ représente l’intensité du champ, qui est le plus fort près de la particule et s’affaiblit plus loin.


Après avoir travaillé cette leçon, vous devriez être capable de :

  • Identifier les particules chargées électriquement comme force positive ou négative
  • Symbolisez cette force avec des flèches pointant vers l’intérieur ou vers l’extérieur
  • Expliquez que la force est d’autant plus forte que les particules sont proches.


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