La charge électrique est une propriété physique fondamentale de la matière et en particulier des particules et des électrons subatomiques. Tout comme les atomes ont une masse, ces particules ont une charge, et il y a une force électrique et un champ électrique associés à cette charge.
Propriétés de la charge électrique

La charge électrique se décline en deux variétés: charge positive et charge négative , qui, comme leur nom l'indique, ont des signes opposés (contrairement à la masse, qui n'a qu'une seule variété). Les objets ayant une charge électrique exercent une force électrique les uns sur les autres, tout comme le font les objets de masse via la force gravitationnelle. Mais au lieu d'être toujours une force d'attraction, comme pour la masse, les charges opposées s'attirent tandis que les charges se repoussent.

L'unité de charge SI est le coulomb (C). Un coulomb est défini comme la quantité de charge qui peut être transférée par un ampère de courant électrique en une seconde. Les porteurs de charge fondamentaux sont le proton, avec une charge + e
, et l'électron, avec une charge -e
, où la charge élémentaire e
\u003d 1,602 × 10 < sup> -19 C.

La charge nette sur un objet est le nombre de protons N _{p
moins le nombre d'électrons N e
times e
:
\\ text {charge nette} \u003d (N_p - N_e) e}

La plupart des atomes sont électriquement neutres, ce qui signifie qu'ils ont un nombre égal de protons et d'électrons, donc leur charge nette est 0 C. Si un atome gagne ou perd des électrons, il est appelé ion et aura une charge nette non nulle. Les objets avec une charge nette présentent de l'électricité statique et peuvent donc s'accrocher les uns aux autres avec une force dépendant de la quantité de charge.

Notez que ce transfert d'électrons entre atomes ou entre objets n'entraîne pas également de changement significatif en masse des objets. En effet, si les protons et les électrons ont la même amplitude de charge, ils ont des masses très différentes. La masse d'un électron est de 9,11 × 10 ^{-31 kg tandis que la masse d'un proton est de 1,67 × 10 -27 kg. Un proton est plus de 1 000 fois plus lourd qu'un électron!
Loi de Coulomb: Formule}

La loi de Coulomb donne la force électrostatique F
entre deux charges, q _{1
et q 2
à une distance r
l'un de l'autre:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2}}

Où k
est la constante de Coulomb \u003d 8,99 × 10 ^{9 Nm 2 /C 2.}

Notez que cette force est un vecteur qui pointe le long d'une ligne dirigée loin de la autre particule si les charges sont les mêmes et vers l'autre particule si les charges sont opposées.

La loi de Coulomb, tout comme la force de gravité entre deux masses, est une loi carrée inverse. Cela signifie qu'il diminue en tant que carré inverse de la distance entre deux charges. En d'autres termes, des charges deux fois plus éloignées subissent un quart de la force. Mais alors que cette charge diminue avec la distance, elle ne va jamais à zéro et a donc une portée infinie.
Exemples à étudier

Exemple 1: Une charge de + 2_e_ et une charge de -4_e_ sont séparées par une distance de 0,25 cm. Quelle est l'ampleur de la force de Coulomb entre eux?

En utilisant la loi de Coulomb, et en étant sûr de convertir cm en m, vous obtenez:
F \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8,99 \\ times10 ^ 9) \\ frac {(2 \\ times 1,602 \\ times10 ^ {- 19}) (- 4 \\ times 1.602 \\ times 10 ^ {- 19})} {0,0025 ^ 2} \u003d 2,95 \\ times 10 ^ {-22} \\ text {N}

Exemple 2: Supposons qu'un électron et un proton sont séparés par une distance de 1 mm. Comment la force gravitationnelle entre elles se compare-t-elle à la force électrostatique?

La force gravitationnelle peut être calculée à partir de l'équation:
F_ {grav} \u003d G \\ frac {m_pm_e} {r ^ 2}

Où la constante gravitationnelle G
\u003d 6,67 × 10 ^{-11 m 3 /kgs 2.}

Le branchement des nombres donne:
F_ {grav } \u003d (6,67 \\ fois 10 ^ {- 11}) \\ frac {(1,67 \\ fois 10 ^ {- 27}) (9,11 \\ fois 10 ^ {- 31})} {(1 \\ fois 10 ^ {- 3} ) ^ 2} \u003d 1.015 \\ fois 10 ^ {- 61} \\ text {N}

La force électrostatique est donnée par la loi de Coulomb:
F_ {elec} \u003d k \\ frac {q_1q_2} {r ^ 2} \u003d (8,99 \\ times10 ^ 9) \\ frac {(1,602 \\ times 10 ^ {- 19}) (- 1,602 \\ times 10 ^ {- 19})} {(1 \\ times 10 ^ {- 3}) ^ 2} \u003d 2.307 \\ times 10 ^ {- 22} \\ text {N}

La force électrostatique entre le proton et l'électron est plus de 10 ^{39 fois supérieure à la force gravitationnelle!}