Qu'est-ce qu'une charge électrique ?

Qu'est-ce que la charge électrique ?

La charge électrique est une propriété de la matière qui influence le comportement d'un objet lors d'interactions avec d'autres objets. Les particules ayant une charge non nulle interagissent avec d'autres particules chargées de manière mesurable et prévisible.

La propriété de la charge trouve son origine au niveau subatomique avec le proton et l’électron. D’après toutes les expériences réalisées jusqu’à présent, les protons et les électrons possèdent exactement la même magnitude de charge. Cependant, ils présentent une différence que nous décrivons mathématiquement avec des signes plus et moins. La magnitude de la charge prend toujours des valeurs qui sont des multiples entiers de 1,6 × 10⁻¹⁹ C. Les lois de l’univers imposent que les charges de même signe se repoussent et que les charges de signe opposé s’attirent. Nous ne savons pas nécessairement pourquoi elles se comportent ainsi – nous avons simplement observé ce phénomène et créé un modèle mathématique qui correspond à ce comportement.

Par convention mathématique, les protons sont définis comme possédant une charge positive p = +1,6 × 10⁻¹⁹ C, tandis que les électrons possèdent une charge négative e⁻ = –1,6 × 10⁻¹⁹ C.

Inertie et forces

Les lois de l’univers imposent également que tous les objets se déplacent avec une vitesse constante (en ligne droite et à vitesse constante). La seule façon de modifier la vitesse (c'est-à-dire l'intensité et/ou la direction) d’un objet est qu’il interagisse avec un autre objet.

Force électrique et loi de Coulomb

L’une de ces interactions est la force électrique.

L'intensité de la force entre deux charges ponctuelles est proportionnelle au produit de la charge électrique q des particules et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les particules ^→ r. La charge est un multiple de 1,6 x ^10-19 C et est portée par les protons et les électrons ^[3] . La direction de la force est le long d'une droite r reliant les deux objets.

Cette équation est connue sous le nom de loi de Coulomb. Toutes les expériences réalisées ont démontré que la loi de Coulomb est toujours vraie. Nous savons que deux charges interagissent et subissent une force dans une direction donnée, le long d'une ligne reliant les deux points.

Trois objets chargés ou plus

Au moment où vous étudiez trois charges, vous devez généralement suivre le résultat des forces en deux dimensions.

Et avec quatre charges vient la possibilité de suivre les forces en trois dimensions.

Le principe de superposition

Déterminer les effets de charges multiples est relativement simple. La force résultante est la somme vectorielle de toutes les forces individuelles agissant sur une charge donnée. Σ F = F1 + F2 + … + FnLa superposition dans ce contexte signifie simplement que la contribution de chaque interaction est indépendante des contributions de toutes les autres interactions.

Cela peut sembler un cauchemar logistique, car il est rare de trouver deux charges ponctuelles dans la nature. Généralement, là où l'on trouve deux charges, on en trouve plusieurs centaines de milliers de milliards d'autres dans un rayon d'un centimètre. Mais est-il vraiment nécessaire de considérer chaque charge dans un rayon d'un centimètre ? Et dans un rayon d'un micromètre ? Ou d'un nanomètre ?

Les situations impliquant plusieurs accusations peuvent rapidement se compliquer.