Loi de Coulomb . Notion de charge électrique
Des expériences menées par Coulomb en 1785 (Balance de Coulomb) ont montré que "la force d'interaction mutuelle entre deux objets électrisés ponctuels est inversement proportionnelle au carré de leur distance"
Par ailleurs, si l'on maintient la distance identique, mais que l'on change l'un des objets, la force exercée varie avec l'objet électrisé. Par définition, Coulomb a dit que la force constatée était proportionnelle à la "charge électrique portée par l'objet". Cette charge est habituellement désignée par la lettre
.
C'est donc ainsi que l'on définit la quantité d'électricité.
Etant donné la loi mécanique de l'action et de la réaction, la force d'interaction entre deux charges ponctuelles est proportionnelle à chacune de ces deux charges :
Dans le système d'Unités International (SI) fixé le 3 mai 1961, l'unité de charge est le Coulomb.
La charge de l'électron est égale à
et la constante
dans le vide vaut
avec
donc
est appelée la permittivité absolue du vide.
Le module de la force d'interaction vaut donc
Pour définir la force sous forme vectorielle, on introduit un vecteur unité
, dirigé de la charge q' vers la charge q. Dans ces conditions, la force
que subit la charge q s'exprime par
Ceci constitue la "loi de Coulomb".
Dans cette expression, on voit que si q et q' sont de même signe, la force
est dans le sens de
. C'est donc une force de répulsion.
Par contre, si les charges q et q' sont de signes opposés, la force
est dans le sens opposé à celui de
. C'est donc une force d'attraction.
Dans un milieu autre que le vide , la constante
est différente et on l'écrit sous la forme
est appelée permittivité relative du milieu.
Ainsi, dans l'air
= 1,00058 !
dans l'eau pure ,
= 80
dans la paraffine,
= 2,1 .......
Par curiosité et pour avoir en tête des ordres de grandeurs, voyons quelle force exercent entre elles deux charges de 1 Coulomb, distantes de 1 m dans le vide ou dans l'air.
Ces chiffres montrent que l'on a rarement affaire à des charges de 1 Coulomb en électrostatique !
Voyons maintenant quelle est la force de répulsion entre deux électrons distants de
.
