LES droitdansCoulomb est une loi importante de la physique qui stipule que la force électrostatique entre deux charges électriques est proportionnel au module des charges électriques et inversement proportionnel au carré de la distance que le sépare.
Loi de Coulomb et force électrique
Charles Augustin dans Coulomb (1736-1806) était un physicien français chargé de déterminer la loi décrivant la force d'interaction entre les charges électriques. A cet effet, Charles Coulomb a utilisé un équilibre de torsion, semblable à l'échelle utilisée par Henri Cavendish pour déterminer la constante de Gravitation universelle.
O dispositif expérimental utilisé par Coulomb consistait en une tige métallique capable de tourner, qui, lorsqu'elle était chargée, était repoussée par une petite sphère métallique chargée de charges électriques de même signe. La figure ci-dessous montre un schéma de la balance de torsion utilisée par le physicien :
La balance de torsion a été utilisée par Coulomb pour déterminer la loi d'interaction entre les charges électriques.
Formule de la loi de Coulomb
Selon sa loi, la force entre deux particules chargées électriquement est directement proportionnelle à l'amplitude de leurs charges et est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Ci-dessous, nous présentons le formule mathématique décrit par la loi de Coulomb :
F — force électrostatique (N)
k0 — constante de vide diélectrique (N.m²/C²)
Q — charge électrique (C)
quelle — tester la charge électrique (C)
ré — distance entre les charges (m)
Dans la formule ci-dessus, k0 est une constante de proportionnalité appelée constante du vide électrostatique, son module est d'environ 9,0.109 N.m²/C².De plus, nous savons que des tas de signalégalrepousser tandis que des tas de signauxles contraires s'attirent, comme le montre la figure ci-dessous :
Les charges de signe égal se repoussent et les charges de signes opposés s'attirent.
Voir aussi: Qu'est-ce que l'électricité ?
Il est à noter que, même si les charges ont des modules différents, la force d'attraction entre elles est égale, puisque, selon le 3e loi de Newton - la loi de action et réaction — la force que les accusations font les unes contre les autres est égal dans module. Ceux-ci se trouvent dans le mêmedirection, cependant, dans sens contraires.
Les cheveux de la femme de la figure sont chargés de charge du même signe et se repoussent donc les uns les autres.
Une propriété importante de la force électrique est qu'il s'agit d'un Grandeur de vecteur, c'est-à-dire qu'il peut être écrit en utilisant des vecteurs. Les vecteurs sont lignes droites orientées qui présente module, direction et sens. Par conséquent, dans les cas où deux ou plusieurs vecteurs de force électrique ne sont pas parallèles ou opposés, il est nécessaire d'appliquer les règles de somme vectorielle, afin de calculer la force électrique nette sur un corps ou une particule.
Voir aussi: Qu'est-ce qu'un champ électrique ?
Graphe de la loi de Coulomb
La loi de Coulomb stipule que la force électrique entre deux particules chargées est inversement proportionnel au carré de la distance qui les sépare. Ainsi, si deux charges électriques sont à distance ré, et venez vous rencontrer à la moitié de cette distance (j/2), la force électrique entre eux doit être augmentée de quatre fois (4F):
Si nous réduisons de moitié la distance entre deux charges, la force électrique entre elles augmente de quatre fois.
Consultez un tableau montrant la relation de force électrique entre deux charges de module q, lorsqu'elles sont séparées par des distances différentes :
module d'alimentation électrique |
Distance entre les charges |
F/25 |
j/5 |
F 16 |
j/4 |
F/9 |
j/3 |
F/4 |
j/2 |
F |
ré |
4F |
2d |
9F |
3d |
16F |
4d |
25F |
5j |
En mettant la loi de Coulomb sous la forme d'un graphique de la force en fonction de la distance, nous avons la forme suivante :
Exemples de la loi de Coulomb
1) Deux particules chargées électriquement, avec des charges de 1,0 C et 2,0 mC, sont séparées sous vide à une distance de 0,5 m. Déterminer l'amplitude de la force électrique existant entre les charges.
Résolution:
Utilisons la loi de Coulomb pour calculer l'amplitude de la force électrique qui agit sur les charges :
2) Deux particules ponctuelles chargées de charges électriques identiques et de module q sont séparées à une distance d. Ensuite, doublez (2q) le module de l'une des charges, triplez le module de l'autre (3q) et modifiez la distance entre les charges au tiers de la distance initiale entre elles (d/3). Déterminer le rapport entre les forces électriques initiales et finales existant entre les charges.
Exercices résolus sur la loi de Coulomb
1) Deux particules chargées avec des charges électriques identiques q, soutenues par des fils inextensibles et une masse négligeable, sont dans un équilibre de forces, comme dans la figure ci-dessous :
Si m = 0,005 kg est la masse de chacune des particules, déterminez :
Données:
g = 10 m/s²
k0 = 9.109 N.m²/C²
a) le module de la force de répulsion électrique qui agit sur les charges ;
b) le module des charges électriques des particules.
Résolution:
a) Afin de calculer le module de la force électrique entre les particules, il faut remarquer la similitude suivante entre les angles, observer la figure :
On peut dire que la tangente de l'angle des deux triangles (dont les côtés sont formés par les distances 4 et 3 et F et P) est égale, et on fait donc le calcul suivant :
b) Après avoir calculé le module de la force électrique entre les charges, il est possible de déterminer son module, puisque les charges sont identiques :
Par moi Rafael Helerbrock