LECON 6 CHAMP ELECTROSTATIQUE — Physique-Chimie Premiere C

Interactions : deux corps électrisés exercent l'un sur l'autre des forces à distance :

charges de même signe → répulsion ;
charges de signes opposés → attraction.

II. Le champ électrostatique

Définition : en tout point M au voisinage d'un corps électrisé, il existe un vecteur champ électrostatique E⃗(M), indépendant de la charge placée en M. Une particule de charge q placée en M subit la force :
F⃗ = q·E⃗(M) ⟺ E⃗(M) = F⃗/q

Caractéristiques de E⃗(M) :

Point d'application : le point M ;
Direction : colinéaire à F⃗ ;
Sens : q > 0 → même sens que F⃗ ; q < 0 → sens opposé ;
Valeur : E = F/|q|.

Unités : F en newtons (N), q en coulombs (C), E en V·m⁻¹ (volts par mètre). F = |q| × E.

III. Lignes de champ (spectre électrostatique)

Définition : ensemble des lignes tangentes aux vecteurs champ électrostatique, orientées dans leur sens.

Spectres types :

Charge ponctuelle positive → spectre radial divergent ;
Charge ponctuelle négative → spectre radial convergent ;
Deux charges ponctuelles → lignes reliant les charges.

IV. Champ uniforme entre deux plaques

Caractéristiques :

Lignes de champ : parallèles entre elles, perpendiculaires aux plaques, dirigées de la plaque + vers la plaque − ;
E⃗ identique en tout point : direction ⊥ aux plaques, sens de + vers − ;
Valeur : E = U/d (U en volts, d distance entre plaques en mètres, E en V/m).

Conséquence : une charge placée dans un champ uniforme subit une force constante (même direction, sens et valeur en tout point).

V. Méthode — pendule électrostatique en équilibre

Exemple-type : boule chargée suspendue dans un champ E⃗ horizontal.
Bilan des forces : poids P⃗, tension T⃗, force électrostatique F⃗ₑ = qE⃗.
Équilibre : P⃗ + T⃗ + F⃗ₑ = 0⃗ → par projection :
• T·sin α = F_e ; T·cos α = P
• tan α = F_e/P = |q|E/mg et T = F_e/sin α
Exemple : q = 1,44 μC, E = 10⁴ V/m, m = 2,5 g → F_e = 1,44·10⁻² N, α = 30°, T ≈ 0,029 N.

⚠️ À retenir :

Si E est doublé, tan α est doublé (α n'est pas doublé) ;
Pour un électron dans un champ, le poids est négligeable devant la force électrostatique (F/P ≈ 10¹³) ;
Le signe de q se déduit de la direction de déviation : déviation vers la plaque + → q < 0 ;
E en V/m = en N/C (équivalence d'unités).

📝 FICHE DE RÉSUMÉ

I. Force électrostatique

II. Le champ électrostatique

III. Lignes de champ (spectre électrostatique)

IV. Champ uniforme entre deux plaques

V. Méthode — pendule électrostatique en équilibre