Dans l'article sur charge électrique dan types de charge électrique On explique que les charges électriques de même signe se repoussent, tandis que les charges électriques de signes opposés s'attirent. Autrement dit, les objets chargés positivement attirent les objets chargés négativement, se repoussent entre eux, et les objets chargés négativement se repoussent entre eux. Ce phénomène met en évidence l'existence d'une force électrique agissant sur les objets chargés positivement et négativement. Quels facteurs influencent l'intensité de cette force électrique entre des objets chargés électriquement ?
Le physicien français Charles Coulomb (1736-1806) mena une série d'expériences dans les années 1780 afin d'étudier les facteurs influençant l'intensité de la force électrique entre des objets chargés électriquement. L'appareil utilisé par Coulomb était similaire à celui employé par Cavendish pour étudier la constante gravitationnelle : une balance de torsion. Coulomb étudiait la force électrique et utilisa donc deux billes métalliques chargées électriquement, tandis que Cavendish étudiait la force gravitationnelle et utilisa donc deux billes non chargées électriquement.
Comment fonctionne une balance de couple ?
Le fonctionnement d'une échelle de couple est lié au sujet traité. couple ou moment de force dans le chapitre dynamique rotationnelle.
L'espace contenu dans la balance de torsion est sous vide afin d'empêcher le transfert de la charge électrique de la bille pleine vers l'air. La détermination de la charge électrique de la bille pleine s'effectue selon la méthode suivante. Initialement, la bille pleine A est chargée électriquement par conduction ou frottement. La bille A, ainsi chargée, est reliée à la bille B, initialement neutre, par un conducteur électrique jusqu'à ce que les charges électriques de A et B soient égales. Si la charge électrique de A est égale à ½, celle de B l'est également. Ensuite, les billes B et C sont reliées par un conducteur électrique jusqu'à ce que les charges électriques de B et C soient égales. Si la charge électrique de B est égale à ¼, celle de C l'est également. On obtient ainsi la quantité et le type de charge électrique des billes 1 et 2.
Les sphères solides 1 et 2 sont chargées électriquement. Si elles portent la même charge, elles se repoussent ; si elles portent des charges différentes, elles s’attirent. L’existence d’une force d’attraction ou de répulsion entre les deux sphères provoque la rotation de la sphère 2. L’angle de rotation de la sphère 2 est mesuré afin de déterminer la force électrique agissant sur les deux sphères.
Facteurs influençant la force électrique
À partir d'expériences menées à l'aide d'une balance de torsion, Coulomb a fait plusieurs découvertes.
Dans cette expérience, la distance entre les deux billes solides est toujours la même. Lorsque les charges électriques des billes 1 et 2 sont égales à 1, la force électrique qui s'exerce sur les deux billes est égale à 1. Lorsque les charges électriques des billes 1 et 2 sont égales à 2, la force électrique qui s'exerce sur les deux billes est égale à 4. Coulomb en a conclu que l'intensité de la force électrique agissant sur les deux billes est proportionnelle au produit de leurs charges (F ≈ q).1 q2).
Dans cette expérience, la charge électrique des deux billes est toujours identique. Si la distance entre les deux billes est de 1, la force électrique qui s'exerce sur chacune d'elles est égale à 1. Si cette distance est de 2, la force électrique qui s'exerce sur chacune d'elles est égale à ¼. Coulomb en a conclu que l'intensité de la force électrique agissant sur les billes est inversement proportionnelle au carré de la distance (F ≈ 1/r²).2)
Loi de Coulomb
La loi de Coulomb est une loi physique qui explique la relation entre la force électrique, la charge électrique et la distance entre les charges. Cette loi a été formulée à partir des expériences de Coulomb, comme expliqué dans l'article précédent.
Loi de Coulomb Il est établi que l'intensité de la force exercée par une particule chargée électriquement sur une autre particule chargée électriquement est directement proportionnelle au produit de la somme des charges des deux particules et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Cette force s'exerce le long d'une ligne droite reliant les deux particules. La force électrique est répulsive si les charges électriques des deux particules sont identiques et attractive dans le cas contraire.
La loi de Coulomb peut être exprimée par l'équation mathématique suivante :
Description de la formule :
F12 = force électrique entre la particule 1 et la particule 2
q1 = nombre de charges des particules 1
q2 = le nombre de charges électriques de la particule 2
r12 = distance entre la particule 1 et la particule 2
(lire : epsilon zéro) = 8,854 x 10- 12 C2/Nm2
k = (constante de Coulomb) = 9 x 109 Nm2/C2
F21 est la force exercée par la charge q2 à charge q1, tandis que F12 est la force exercée par la charge q1 à charge q2. Fa21 et F12 se repoussent lorsque la charge est q1 et q2 Les particules sont semblables et s'attirent lorsque la charge est q.1 et q2 Pas du même type.
F21 et F12 Elles ont la même valeur, une direction opposée et agissent sur des objets différents ; par conséquent, ces deux forces constituent une paire de forces d'action-réaction.
