Force et champ électrostatiques - 1er s

Classe: 
Première
 

I. Forces électrostatiques  

1. Mise en évidence

Un pendule est constitué d'une potence, fixée sur un socle en bois, à laquelle est relié un fil de soie sans torsion
 
Suspendons, en son milieu, un bâton d'ébonite dont une extrémité a été électrisée par frottement.
 
 
$\blacktriangleright\ $Approchons de cette extrémité la partie électrisée, par la même méthode, d'un second bâton d'ébonite
 
L'interaction ou la force d'interaction de ces parties électrisées se traduit par une répulsion
 
$\blacktriangleright\ $Répétons la même expérience, en remplaçant les bâtons d'ébonite par des tiges de verre électrisées comme précédemment. 
 
L'interaction ou la force d'interaction se traduit par une répulsion
 
$\blacktriangleright\ $Dans une troisième expérience, on met en présence l'extrémité électrisée du bâton d'ébonite et celle de la tige de verre électrisée.
 
Il en résulte, à présent, une interaction attractive ou une force d'attraction.

2. Loi de coulomb  

Deux objets quasi-ponctuels $A$ $($portant la charge électrique $Q_{A})$ et $B$ $($de charge $Q_{B})$ distants de $r$, exercent l'un sur l'autre des forces  de même droite de support $(AB=r)$ et de même valeur.
 
Si $Q_{A}$ et $Q_{B}$ sont de même signe, les forces sont répulsives, si $Q_{A}$ et $Q_{B}$ sont de signes contraires, les forces sont attractives.
 
$\overrightarrow{F}_{A/B}=-\overrightarrow{F}_{B/A}=\dfrac{Q_{A}Q_{B}}{4\pi\varepsilon_{0}r^{2}}\overrightarrow{u}_{AB}$
 
ou  $\overrightarrow{F}_{A/B}=-\overrightarrow{F}_{B/A}=\dfrac{KQ_{A}Q_{B}}{r^{2}}\overrightarrow{u}_{AB}$
 
avec  $k=\dfrac{1}{4\pi\varepsilon_{0}}=9\cdot 10^{9}S.I$
 
 
 

II. Champ électrostatique

1. Vecteur champ électrique

1.1. Mise en évidence 

Approchons de la boule du pendule, l'extrémité frottée d'une baguette en ébonite chargée négativement ; on observe une déviation du fil.
 
 
Ceci met en évidence l'existence d'une force d'origine électrique qui agit sur la boule. La présence de la charge portée par le bâton d'ébonite a modifié les propriétés électriques de l'espace environnant. Pour traduire ce changement, on dit que dans la région règne un champ électrique.

1.2. Définition

Un champ électrique règne dans une région de l'espace si, dans cette région, un corps électrisé subit une force électrique. 

1.3. Expression du vecteur du champ électrique

1.3.1. Expression du vecteur du champ électrique du champ électrostatique crée par une charge ponctuelle

 

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