Cours et résumé de l’électrostatique

Cours électrostatique complet, tutoriel & résumé électrostatique et électrocinétique en pdf.

Introduction

En S1, tu as débuté ton étude de l’électrostatique à un niveau qualitatif avec ton introduction aux concepts de charge, de forces d’attraction et de répulsion et de façons d’électriser les objets. En physique 30S, le concept de champ électrique autour de charges (ponctuelles ou sur plaques) seules ou en groupes a été examiné. En plus, les similarités et les différences entre les équations Fg = mg et Fe = qE ont été discutées. On continuera, en physique 40S, la découverte de nouvelles variables et de nouvelles relations, propres à l’électrostatique. En particulier, on fera le lien entre deux des plus grandes lois de la physique, soit la loi de la gravitation universelle de Newton, étudiée à l’unité VII, et la loi de Coulomb en électrostatique.

La loi de Coulomb

Suite à l’expérience de laboratoire récemment complétée en électrostatique, voici ce que tu aurais dû conclure :
La force électrique entre deux sphères chargées est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. On appelle cette relation une relation de l’inverse du carré. En 1785, Charles Coulomb en arriva à la même conclusion. En plus, il remarqua que cette force était directement proportionnelle au produit des charges représentées par Q1 et Q2. Ces relations sont appelées la loi de Coulomb.
Ceci soulève cependant deux questions : (a) Que sont les unités des charges Q1 et Q2? En 1909, Millikan démontre par une série d’expériences que la charge retrouvée sur des particules chargées peut seulement avoir certaines valeurs qui sont des multiples d’une charge qu’il appelle charge élémentaire (e). Il associe cette charge à celle de l’électron. Donc, la charge sur un objet en charges élémentaires (e) représentera le surplus ou la pénurie d’électrons sur l’objet. Étant donné que la charge d’un électron est très petite, on invente une unité, le coulomb (C), pour représenter une plus grosse charge. 1 C = 6,24 x 1018 e ou 1 e = 1,60 x 10-19 C (b) Que vaut la constante de Coulomb? Étant donné que la charge peut être donnée en e ou en C, il y a deux valeurs de k.  Calcul de k où q est en charges élémentaires. En refaisant l’expérience de Millikan avec une « macrobalance » (un appareil de Millikan format géant…), on a mis en présence deux grosses sphères distantes de 15,0 cm, possédant chacune 2,5 x 1011 charges élémentaires. Les sphères se repoussent avec une force de 6,7 x 10-4 N. En utilisant ces données, détermine la première forme de la constante de Coulomb en N·m2/e2.
 Calcul de k où q est en coulombs. Partant de la valeur trouvée ci-dessus et tenant compte du fait que 1 coulomb = 6,24 x 1018 e, détermine la deuxième forme de la constante de Coulomb en N·m2/C2.
 Les deux formes de k, aujourd’hui, sont :
2,3 x 10-28 N·m2 si q est en e e2 9,0 x 109 N·m2 si q est en C C2
Exemples