Un champ électrique est créé par une charge électrique et influence l'espace environnant. Seules les autres charges électriques ressentent l'influence de ce champ. Lorsqu'une autre charge électrique se trouve dans le champ électrique créé par une charge initiale, elle subit cette influence sous la forme d'une force électrique.
La définition d'un champ électrique, telle qu'expliquée dans l'article consacré aux champs électriques, peut être comprise mentalement, mais aussi visualisée. Pour visualiser un champ électrique, on utilise les lignes de champ. Ces lignes , tracées autour d'une charge électrique, indiquent sa présence. Puisqu'elles servent à démontrer l'existence d'un champ électrique, il existe une relation entre ces lignes et le champ lui-même. Autrement dit, l'intensité et la direction d'un champ électrique peuvent être expliquées à l'aide d'un diagramme de lignes de champ.
Voici la relation entre la direction et l'intensité du champ électrique et les lignes de champ électrique :
PremierLe champ électrique est orienté de la charge positive vers la charge négative, s'éloignant ainsi de la charge positive. Par conséquent, les lignes de champ électrique sont également orientées de la charge positive vers la charge négative. Si une charge positive est proche d'une charge négative, les lignes de champ électrique sont représentées comme s'étendant de la charge positive vers la charge négative. Inversement, si une charge positive est proche d'une charge négative, les lignes de champ électrique sont représentées comme s'étendant de chaque charge positive et s'éloignant l'une de l'autre.
Deuxièmement , l'intensité du champ électrique est représentée par la distance entre les lignes de champ. Plus ces lignes sont proches, plus le champ électrique est intense ; inversement, plus elles sont éloignées, plus le champ électrique est faible.
Pourquoi le champ électrique est-il plus intense lorsque les lignes de champ sont rapprochées ? Pour le comprendre, prenons l’exemple suivant. Imaginons une charge positive au centre d’une sphère. Les lignes de champ électrique rayonnent vers l’extérieur dans différentes directions et traversent la surface de la sphère. Si le nombre de lignes de champ est N et la surface de la sphère est de 4πr², alors :2 Le nombre de lignes par unité de surface, ou densité de lignes, est alors N/4πr.2D'après cette formule, pour une même valeur de N, si r est petit, la distance entre les lignes est plus courte, et si r est grand, la distance entre les lignes est plus longue. La formule de l'intensité du champ électrique est E = kq/r.2 Cela montre également que l'intensité du champ électrique est inversement proportionnelle au carré de la distance. Plus r est petit, plus l'intensité du champ électrique est grande, et inversement.
D'après l'analyse précédente, on peut conclure que si r est petit (plus proche de la charge), l'intensité du champ électrique est plus forte et la distance entre les lignes est également plus faible. Inversement, si r est grand (plus éloigné de la charge), l'intensité du champ électrique est plus faible et la distance entre les lignes est également plus grande.
Troisièmement , le nombre de lignes de champ électrique est proportionnel à l'intensité du champ électrique. Plus il y a de lignes de champ électrique, plus l'intensité du champ électrique est élevée. Moins il y a de lignes de champ électrique, plus l'intensité du champ électrique est faible.
Exemple de problème
1. Questions d'examen national de physique SMA 2012/2013 SA 55 n° 28
L'image suivante, qui montre les lignes de force s'exerçant sur deux charges proches l'une de l'autre, est...
Discussion
Les lignes de champ électrique, ou lignes de force, sont tracées d'une charge positive vers une charge négative. Si une charge positive et une charge négative sont rapprochées, les lignes de force apparaissent comme dans la réponse A.
La bonne réponse est A.
2. Questions d'examen national de physique SMA 2012/2013 SA 60 n° 28
Deux charges électriques sont rapprochées le long d'une ligne de connexion, créant ainsi des lignes de champ électrique. L'image correcte est…
Discussion
La bonne réponse est D.
3. Questions d'examen national de physique SMA 2012/2013 SA 65 n° 28
Les lignes de force correctes entre deux charges sont…
Discussion
La bonne réponse est D.
