Force électrique: qu'est-ce que c'est et comment utiliser la formule

La force électrique est l'interaction d'attraction ou de répulsion générée entre deux charges en raison de l'existence d'un champ électrique autour d'elles.

La capacité d'une charge à créer des forces électriques a été découverte et étudiée par le physicien français Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) à la fin du XVIIIe siècle.

Vers 1780, Coulomb créa la balance de torsion et avec cet instrument il démontra expérimentalement que l'intensité de la force est directement proportionnelle à la valeur des charges électriques qui interagissent et inversement proportionnelle au carré de la distance que le sépare.

Formule de la force électrique

La formule mathématique, également appelée loi de Coulomb, qui exprime l'intensité de la force électrique est :

$droit F espace égal à droit K espace numérateur barre verticale ouverte droite q avec 1 indice fermer barre verticale barre verticale ouverte droite q avec 2 indice fermer barre verticale au-dessus du dénominateur droite r carré extrémité de fraction$

Dans le Système international d'unités (SI), l'intensité de la force électrique (F) est exprimée en newton (N).

Les termes qui₁ et quoi₂de la formule correspondent aux valeurs absolues des charges électriques, dont l'unité SI est le coulomb (C), et la distance séparant les deux charges (r) est représentée en mètres (m).

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La constante de proportionnalité (K) dépend du milieu dans lequel les charges sont insérées, par exemple, dans le vide ce terme est appelé constante électrostatique (K₀) et sa valeur est 9,10⁹ Nm²/Ç².

En savoir plus surLa loi de coulomb.

A quoi sert la formule de la force électrique et comment la calculer ?

La formule créée par Coulomb est utilisée pour décrire l'intensité de l'interaction mutuelle entre deux charges ponctuelles. Ces charges sont des corps électrifiés dont les dimensions sont négligeables par rapport à la distance qui les sépare.

L'attraction électrique se produit entre des charges qui ont des signes opposés, car la force existante est celle de l'attraction. La répulsion électrique se produit lorsque des charges de même signe sont réunies, car la force répulsive agit sur elles.

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Pour calculer la force électrique, les signaux de charges électriques ils ne sont pas pris en compte, seulement leurs valeurs. Voyez comment calculer la force électrique avec les exemples suivants.

Exemple 1: Deux particules électrifiées, q₁ = 3,0 x 10^-6C et q₂ = 5,0 x 10^-6C, et de dimensions négligeables sont situés à une distance de 5 cm l'un de l'autre. Déterminez la force de la force électrique en considérant qu'ils sont dans le vide. Utiliser la constante électrostatique K₀= 9. 10⁹ Nm²/Ç².

Solution: Pour trouver la force électrique, les données doivent être appliquées dans la formule avec les mêmes unités que la constante électrostatique.

Notez que la distance a été donnée en centimètres, mais que la constante est le mètre, donc la première étape consiste à transformer l'unité de distance.

1 espace cm espace égal à l'espace 1 sur 100 espace droit m 5 espace cm espace égal à l'espace 5 sur 100 espace droit m égal à 0 virgule 05 espace droit m

L'étape suivante consiste à remplacer les valeurs dans la formule et à calculer la force électrique.

$droit F espace égal à droit K espace numérateur barre verticale ouverte droite q avec 1 indice barre verticale fermée barre verticale ouverte droite q avec 2 indice ferme la barre verticale au-dessus du dénominateur droite r carré extrémité de la fraction droite F espace égal à l'espace 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. m droit au carré sur le dénominateur droit C au carré fin de fraction. numérateur parenthèse gauche 3 virgule 0 espace carré x espace 10 à la puissance moins 6 fin de l'espace carré exponentiel C espace parenthèse droite. espace parenthèse gauche 5 virgule 0 espace carré x espace 10 jusqu'au moins 6 fin du carré exponentiel espace C parenthèse droite au dénominateur parenthèse gauche 0 virgule 05 espace droit m parenthèse droite carré fin de fraction droite F espace égal à 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. m droit au carré sur le dénominateur droit C au carré fin de fraction. numérateur 15 virgule 0 espace x espace 10 à la puissance moins 6 plus parenthèse gauche moins 6 parenthèse droite fin de espace droit exponentiel C au carré sur le dénominateur 0 virgule 0025 espace droit m au carré extrémité de la fraction droite F espace égal à 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. barre oblique vers le haut sur la ligne droite m carré extrémité du barré sur le dénominateur barré par diagonale vers le haut sur la droite C carré extrémité de la barre barrée fin de la fraction. numérateur 15 virgule 0 espace. espace 10 à la puissance moins 12 extrémité de l'espace exponentiel barré en diagonale vers le haut sur le C droit carré extrémité du barré sur le dénominateur 0 virgule 0025 espace barré en diagonale vers le haut sur la droite m carré extrémité de l'extrémité barrée de la fraction droite F espace égal au numérateur 135 espace sur le dénominateur 0 virgule 0025 fin de fraction espace.10 à la puissance 9 plus parenthèse gauche moins 12 parenthèse droite fin de droite exponentielle N droite F espace égal à 54000 espace. espace 10 à la puissance moins 3 de l'espace droit exponentiel N droit F espace égal à 54 espace droit N$

Nous sommes arrivés à la conclusion que l'intensité de la force électrique agissant sur les charges est de 54 N.

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Exemple 2: La distance entre les points A et B est de 0,4 m et les charges Q sont situées aux extrémités₁ et Q₂. Une troisième charge, Q₃, a été inséré à un point situé à 0,1 m de Q₁.

Calculer la force nette sur Q₃ sachant que:

Q₁ = 2,0 x 10^-6Ç
Q₂ = 8,0 x 10^-6Ç
Q₃ = – 3,0 x 10^-6Ç
K₀ = 9. 10⁹ Nm²/Ç²

Solution: La première étape pour résoudre cet exemple consiste à calculer la force de la force électrique entre deux charges à la fois.

Commençons par calculer la force d'attraction entre Q₁ et Q₃.

$droit F espace égal au droit K avec 0 indice numérateur espace barre verticale ouverte droite q avec 1 indice fermer barre verticale barre verticale ouverte droite q avec 3 indice ferme la barre verticale sur le dénominateur droit d avec 1 indice carré fin de fraction droite F espace égal à l'espace 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. m droit au carré sur le dénominateur droit C au carré fin de fraction. numérateur parenthèse gauche 2 virgule 0 espace carré x espace 10 à la puissance moins 6 fin de l'espace carré exponentiel C espace parenthèse droite. espace parenthèse gauche 3 virgule 0 espace carré x espace 10 jusqu'au moins 6 fin du carré exponentiel espace C parenthèse droite au dénominateur parenthèse gauche 0 virgule 1 espace carré m parenthèse droite carré fin de fraction droite F espace égal à 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. m droit au carré sur le dénominateur droit C au carré fin de fraction. numérateur 6 virgule 0 espace x espace 10 à la puissance moins 6 plus parenthèse gauche moins 6 parenthèse droite fin de espace droit exponentiel C au carré sur le dénominateur 0 virgule 01 espace droit m au carré extrémité de la fraction droite F espace égal à 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. barre oblique vers le haut sur la ligne droite m carré extrémité du barré sur le dénominateur barré par diagonale vers le haut sur la droite C carré extrémité de la barre barrée fin de la fraction. numérateur 6 virgule 0 espace. espace 10 à la puissance moins 12 extrémité de l'espace exponentiel barré en diagonale vers le haut sur le C droit carré extrémité du barré sur le dénominateur 0 virgule 01 espace barré en diagonale vers le haut sur la droite m carré extrémité de l'extrémité barrée de la fraction droite F espace égal au numérateur 54 espace sur le dénominateur 0 virgule 01 fin de fraction espace.10 à la puissance 9 plus parenthèse gauche moins 12 parenthèse droite fin de droite exponentielle N droite F espace égal à 5400 espace. espace 10 à la puissance moins 3 de la droite exponentielle espace N droite F espace 5 virgule 4 droite espace N$

Maintenant, nous calculons la force d'attraction entre Q₃et Q₂.

Si la distance totale entre la ligne AB avec barre oblique en exposant est de 0,4 m et Q₃ est positionné à 0,1 m de A, ce qui signifie que la distance entre Q₃et Q₂ est de 0,3 m.

$droit F espace égal au droit K avec 0 indice numérateur espace barre verticale ouverte droite q avec 3 indice fermer barre verticale barre verticale ouverte droite q avec 2 indice ferme la barre verticale sur le dénominateur droit d avec 2 indice carré extrémité de la fraction droite F espace égal à l'espace 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. m droit au carré sur le dénominateur droit C au carré fin de fraction. numérateur parenthèse gauche 3 virgule 0 espace carré x espace 10 à la puissance moins 6 fin de l'espace carré exponentiel C espace parenthèse droite. espace parenthèse gauche 8 virgule 0 espace droit x espace 10 à la puissance moins 6 fin de l'espace droit exponentiel C parenthèse droite à propos du dénominateur parenthèse gauche 0 virgule 3 espace droit m parenthèse droite carré fin de fraction droite F espace égal à 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. m droit au carré sur le dénominateur droit C au carré fin de fraction. numérateur 24 virgule 0 espace droit x espace 10 à la puissance moins 6 plus parenthèse gauche moins 6 parenthèse droite fin de espace droit exponentiel C au carré sur le dénominateur 0 virgule 09 espace droit m au carré extrémité de la fraction droite F espace égal à 9 espace. espace 10 à la puissance 9 numérateur droit espace N. barre oblique vers le haut sur la ligne droite m carré extrémité du barré sur le dénominateur barré par diagonale vers le haut sur la droite C carré extrémité de la barre barrée fin de la fraction. numérateur 24 virgule 0 espace. espace 10 à la puissance moins 12 extrémité de l'espace exponentiel barré en diagonale vers le haut sur le C droit carré extrémité du barré sur le dénominateur 0 virgule 09 espace barré en diagonale vers le haut sur m droit extrémité carrée de l'extrémité barrée de la fraction droite F espace égal au numérateur 216 sur dénominateur 0 virgule 09 fin de l'espace de fraction.10 à la puissance 9 plus parenthèse gauche moins 12 parenthèse droite fin de l'exponentiel droit N droit F espace égal à 2400 espace. espace 10 à la puissance moins 3 de la droite exponentielle espace N droite F espace égal à 2 virgule 4 droite espace N$

A partir des valeurs des forces d'attraction entre les charges, on peut calculer la force résultante comme suit :

droit F avec un indice r droit égal à un espace droit F avec un indice 13 moins un espace droit F avec un indice 23 droit F avec un indice r droit espace égal à l'espace 5 virgule 4 espace droit N espace moins espace 2 virgule 4 espace droit N droit F avec r droit indice espace égal à l'espace 3 espace droit N

Nous sommes arrivés à la conclusion que la force électrique résultante que Q₁et Q₂exercer sur Q₃ est de 3 N.

Pour continuer à tester vos connaissances, les listes suivantes vous aideront :

Loi de Coulomb - Exercices
Charge électrique - Exercices
Électrostatique - Exercices

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