Au début, le concept de champ peut sembler un peu abstrait. Quelle est cette mystérieuse chose invisible qui remplit l'espace? Cela peut ressembler à quelque chose de tout droit sorti de la science-fiction!

Mais un champ n'est vraiment qu'une construction mathématique, ou un moyen d'assigner un vecteur à chaque région de l'espace qui donne une indication de la force ou de la faiblesse d'un effet est à chaque point.
Définition du champ électrique

Tout comme les objets de masse créent un champ gravitationnel, les objets avec une charge électrique créent des champs électriques. La valeur du champ à un moment donné vous donne des informations sur ce qui arrivera à un autre objet lorsqu'il y sera placé. Dans le cas du champ gravitationnel, il donne des informations sur la force gravitationnelle qu'une autre masse ressentira.

Un champ électrique est un champ vectoriel qui attribue à chaque point de l'espace un vecteur indiquant la force électrostatique par unité de charge à cet endroit . Tout élément chargé génère un champ électrique.

Les unités SI associées au champ électrique sont des Newtons par Coulomb (N /C). Et l'amplitude du champ électrique dû à une charge ponctuelle Q
est donnée par:
E \u003d \\ frac {kQ} {r ^ 2}

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

Par convention, la direction du champ électrique pointe radialement à l'écart des charges positives et vers les charges négatives. Une autre façon de penser est qu'elle pointe toujours dans la direction où une charge de test positive se déplacerait si elle y était placée.

Puisque le champ est la force par unité de charge, alors la force sur une charge de test ponctuelle q
dans un champ E
serait simplement le produit de q
et E
:
F \u003d qE \u003d \\ frac {kQq} {r ^ 2}

qui est le même résultat donné par la loi de Coulomb pour la force électrique.

Le champ à un point donné en raison de charges de source multiple ou d'une distribution de charge est la somme vectorielle du champ dû à chaque "of the charges individually.", 3, [[Par exemple, si le champ produit par la charge source Q _{1
seul à un point donné est à 3 N /C à droite, et le champ produit par une charge source Q 2
seul au même point est 2 N /C à gauche, alors le champ à ce point en raison des deux charges serait de 3 N /C - 2 N /C \u003d 1 N /C à droite.
Lignes de champ électrique}

Les champs électriques sont souvent représentés avec des lignes continues dans l'espace. Les vecteurs de champ sont tangents aux lignes de champ en tout point donné, et ces lignes indiquent le chemin qu'une charge positive se déplacerait si on la laissait se déplacer librement dans le champ.

L'intensité du champ ou l'intensité du champ électrique est indiquée par espacement des lignes. Le champ est plus fort aux endroits où les lignes de champ sont plus proches les unes des autres et plus faible là où elles sont plus étalées. Les lignes de champ électrique associées à une charge ponctuelle positive, ressemblent à ceci:

(insérer une image de champ de charge ponctuelle positive)

Les lignes de champ d'un dipôle ressemblent à celles d'une charge ponctuelle sur la les bords extérieurs d'un dipôle mais sont très différents entre eux:

(insérer une image de champ dipolaire)
Les lignes de champ électrique peuvent-elles se croiser?

Pour répondre à cette question, réfléchissez à ce qui se passerait si les lignes de champ se sont croisées.

Comme mentionné précédemment, les vecteurs de champ sont toujours tangents aux lignes de champ. Si deux lignes de champ se croisent, alors au point d'intersection, il y aurait deux vecteurs de champ différents, chacun pointant dans une direction différente.

Mais cela ne peut pas être. Vous ne pouvez pas avoir deux vecteurs de champ différents au même point dans l’espace. Cela suggérerait qu'une charge positive placée à cet endroit se déplacerait en quelque sorte dans plus d'une direction!

Donc la réponse est non, les lignes de champ ne peuvent pas se croiser.
Champs électriques et conducteurs

Dans un conducteur, les électrons sont libres de se déplacer. Si un champ électrique est présent à l'intérieur d'un conducteur, ces charges se déplaceront en raison de la force électrique. Notez qu'une fois qu'ils se déplacent, cette redistribution des charges commencera à contribuer au champ net.

Les électrons continueront à se déplacer tant qu'un champ non nul existe à l'intérieur du conducteur. Par conséquent, ils se déplacent jusqu'à ce qu'ils se soient répartis de manière à annuler le champ intérieur.

Pour une raison similaire, toute charge nette placée sur un conducteur se trouve toujours à la surface du conducteur. En effet, comme les charges se repousseront, se répartissant uniformément aussi uniformément et aussi loin que possible, chacune contribuant au champ intérieur net de telle sorte que leurs effets s’annulent mutuellement.

Par conséquent, dans des conditions statiques, la le champ à l'intérieur d'un conducteur est toujours nul.

Cette propriété des conducteurs permet un blindage électrique. Autrement dit, puisque les électrons libres dans un conducteur se répartiront toujours de manière à annuler le champ à l'intérieur, tout ce qui est contenu dans un maillage conducteur sera protégé des forces électriques externes.

Notez que les lignes de champ électrique pénètrent toujours et quitter la surface d'un conducteur perpendiculairement. En effet, toute composante parallèle du champ entraînerait le déplacement d'électrons libres à la surface, ce qu'ils feront jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de champ net dans cette direction.
Exemples de champs électriques

Exemple 1: Que le champ électrique est-il à mi-chemin entre une charge de +6 μC et une charge de +4 μC séparés de 10 cm? Quelle force une charge de test de +2 μC ressentirait-elle à cet endroit?

Commencez par choisir un système de coordonnées où l'axe x
positif pointe vers la droite, et laissez la charge de +6 μC se trouvent à l'origine tandis que la charge de +4 μC se situe à x
\u003d 10 cm. Le champ électrique net sera la somme vectorielle du champ dû à la charge +6 μC (qui pointera vers la droite) et du champ dû à la charge +4 μC (qui pointera vers la gauche):
E \u003d \\ frac {(8,99 \\ times 10 ^ 9) (6 \\ times 10 ^ {- 6})} {0,05 ^ 2} - \\ frac {(8,99 \\ times 10 ^ 9) (4 \\ fois 10 ^ {- 6 })} {0,05 ^ 2} \u003d 7,19 \\ times10 ^ 6 \\ text {N /C}

La force électrique ressentie par la charge +2 μC est alors:
F \u003d qE \u003d (2 \\ times10 ^ ^ { -6}) (7,19 \\ times10 ^ 6) \u003d 14,4 \\ text {N}

Exemple 2: Une charge de 0,3 μC est à l'origine et une charge de -0,5 μC est placée à x \u003d 10 cm. Trouvez un emplacement où le champ électrique net est 0.

Tout d'abord, vous pouvez utiliser le raisonnement pour déterminer qu'il ne peut pas être entre
les deux charges car le champ net entre elles sera toujours être différent de zéro et pointant vers la droite. Il ne peut pas non plus être à la droite
de la charge de -,5 μC car le champ net serait à gauche et non nul. Il doit donc se trouver à gauche
de la charge de 0,3 μC.

Soit d
\u003d distance à gauche de la charge de 0,3 μC où le champ est 0. Le l'expression pour le champ net à d
est:
E \u003d - \\ frac {k (0.3 \\ text {μC})} {d ^ 2} + \\ frac {k (0.5 \\ text {μC })} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Maintenant, vous résolvez pour d,
d'abord en annulant les _k'_s:
- \\ frac {0.3 \\ text {μC }} {d ^ 2} + \\ frac {0,5 \\ text {μC}} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Ensuite, vous multipliez pour vous débarrasser des dénominateurs, simplifiez et créez une formule quadratique:
5d ^ 2 - 3 (0,1 + d) ^ 2 \u003d 2d ^ 2 - 0,6d - 0,03 \u003d 0

La résolution du quadratique donne d
\u003d 0,34 m.

D'où la le champ net est nul à un endroit à 0,34 m à gauche de la charge de 0,3 μC.