التفاعل الكهربائي
Document pedagogique tunisien de physique-chimie
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Interaction électrique
3eme annee secondaire -
Sciences de l’informatique
Annee scolaire 2026-2027
Objectifs du chapitre
— Mettre en évidence expérimentalement l’existence d’une interaction électrique et d’un champ
électrique.
— Énoncer et appliquer la loi de Coulomb pour deux charges ponctuelles immobiles.
— Déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrique
⃗
E créé par une charge ponctuelle.
— Visualiser et interpréter les spectres électriques (charges uniques, charges multiples).
— Appliquer la relation vectorielle
⃗
F = q⃗E à une particule chargée placée dans un champ élec-
trique uniforme.
1 Introduction à l’interaction électrique
1.1 Électrisation et types de charges
L’expérience montre qu’un bâton de verre ou d’ébonite, lorsqu’il est frotté avec du tissu ou de la
laine, acquiert la propriété d’attirer de petits corps légers. Ce phénomène est appelé électrisation.
Il existe deux espèces de charges électriques :
— La charge positive (+) : portée par un bâton de verre frotté par de la soie.
— La charge négative (−) : portée par un bâton d’ébonite frotté par de la fourrure.
Loi qualitative des interactions électrostatiques
Deux corps portant des charges électriques de même signe se repoussent.
Deux corps portant des charges électriques de signes contraires s’attirent.
1.2 Loi de Coulomb
En 1785, Charles-Augustin de Coulomb formule la loi quantitative régissant l’interaction entre deux
charges électriques ponctuelles et immobiles.
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l’informatique
Loi de Coulomb
Deux charges ponctuelles qA et qB , placées en deux points A et B séparés par une distance
d dans le vide ou dans l’air, exercent l’une sur l’autre des forces électrostatiques réciproques
⃗
FA/B et
⃗
FB/A.
L’intensité commune de ces deux forces est donnée par la relation :
F = K ·
|qA · qB |
d
2
(1)
avec :
— F : intensité de la force électrostatique en newtons (N).
— qA, qB : charges électriques en coulombs (C).
— d = AB : distance entre les deux charges en mètres (m).
— K : constante d’interaction électrostatique, K ≈ 9,0 × 10
9
N · m
2
· C
−2
.
2 Le champ électrique
2.1 Notion de champ électrique
Une charge électrique Q modifie les propriétés de l’espace qui l’entoure en créant un champ élec-
trique
⃗
E. Toute autre charge q (dite charge test) introduite dans cette zone subit une force de nature
électrique.
2.2 Vecteur champ électrique créé par une charge ponctuelle
Soit une charge source Q placée en un point O. En tout point M situé à la distance d de O, le vecteur
champ électrique
⃗
E(M ) a pour caractéristiques :
— Point d’application : le point M .
— Direction : la droite (OM ).
— Sens :
— Centrifuge (s’éloigne de O) si Q > 0.
— Centripète (dirigé vers O) si Q < 0.
— Norme : E = K ·
|Q|
d
2 (en V · m
−1
ou N · C
−1
).
3 Spectres électriques et lignes de champ
3.1 Lignes de champ
Une ligne de champ électrique est une ligne orientée continue telle qu’en chacun de ses points, le
vecteur champ électrique
⃗
E lui est tangent et orienté dans le même sens.
— Les lignes de champ émergent des charges positives et convergent vers les charges négatives.
— Deux lignes de champ ne se croisent jamais.
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3.2 Spectres de deux charges
Le vecteur champ électrique résultant en un point M est la somme vectorielle des champs créés
individuellement par chaque charge (principe de superposition).
Fig. 1 : Spectre du champ électrique créé par deux charges de signes contraires.
+q −q
axe median : equipotentielle V = 0
M : vecteur rouge
⃗
E(M )
fleches bleues : direction et sens, pas la norme
Fig. 2 : Spectre du champ électrique créé par deux charges de même signe.
+q +q
axe median : symetrie ;
⃗
E(O) =
⃗
0
M : vecteur rouge
⃗
E(M )
fleches bleues : direction et sens, pas la norme
3.3 Champ électrique uniforme
Un champ électrique
⃗
E est dit uniforme dans une région de l’espace si le vecteur
⃗
E conserve la
même direction, le même sens et la même norme en tout point de cette région.
— Les lignes de champ sont des droites parallèles, équidistantes et orientées dans le même sens.
— Un tel champ est réalisé dans l’espace situé entre deux plaques métalliques planes et parallèles
chargées de signes opposés.
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l’informatique
4 Action d’un champ électrique uniforme
4.1 Relation entre force et champ électrique
Lorsqu’une particule ponctuelle portant une charge électrique q se trouve dans une région où règne
un champ électrique
⃗
E, elle subit une force électrique
⃗
F exprimée par :
Force électrique subie par une particule
⃗
F = q ·
⃗
E (2)
— Si q > 0,
⃗
F et
⃗
E ont le même sens.
— Si q < 0,
⃗
F et
⃗
E ont des sens opposés.
— La norme est F = |q| · E.
5 Exemples d’application résolus
Exemple 1 : Force d’interaction entre deux charges
Deux charges ponctuelles qA = 2,0 × 10
−9
C et qB = −4,0 × 10
−9
C sont placées dans le vide à une
distance d = 5,0 cm.
Solution :
1. Conversion : d = 0,050 m.
2. Intensité : F = K ·
|qA·qB |
d
2 .
3. Calcul : F = 9,0 × 10
9
·
|2,0×10
−9
·(−4,0×10
−9
)|
(0,050)
2 .
4. Résultat : F = 9,0 × 10
9
·
8,0×10
−18
2,5×10
−3 = 2,88 × 10
−5
N.
5. Conclusion : La force est attractive car qA · qB < 0.
Exemple 2 : Mouvement d’un proton dans un champ uniforme
Un proton (q = 1,6 × 10
−19
C, m = 1,67 × 10
−27
kg) est placé dans un champ uniforme E =
5,0 × 10
4
V · m
−1
.
Solution :
1. Force électrique : F = |q| · E = (1,6 × 10
−19
) · (5,0 × 10
4
) = 8,0 × 10
−15
N.
2. Accélération : D’après la loi de Newton, a =
F
m
.
3. Calcul : a =
8,0×10
−15
1,67×10
−27 ≈ 4,79 × 10
12
m · s
−2
.
6 L’essentiel
Grandeur / Loi Expression Unités SI
Loi de Coulomb F = K
|qAqB |
d
2 F (N), q(C), d(m)
Champ ponctuel E = K
|Q|
d
2 E(V/m), Q(C), d(m)
Force électrique
⃗
F = q⃗E F (N), q(C), E(V/m)
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