Loi de Coulomb: qu'est-ce que c'est, formule et exemples

Quelle est la loi de Coulomb?

La loi de Coulomb est utilisée dans le domaine de la physique pour calculer la force électrique agissant entre deux charges au repos.

A partir de cette loi, il est possible de prédire quelle sera la force électrostatique d'attraction ou de répulsion existant entre deux particules en fonction de leur charge électrique et de la distance entre elles.

La loi de Coulomb doit son nom au physicien français Charles-Augustin de Coulomb, qui en 1875 a énoncé cette loi, et qui constitue la base de l'électrostatique:

"La magnitude de chacune des forces électriques avec lesquelles deux charges ponctuelles au repos interagissent est directement proportionnelle au produit de la magnitude des deux charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare et a la direction de la ligne qui les relie. La force est de répulsion si les charges sont du même signe, et d'attraction si elles sont du signe opposé ».

Cette loi est représentée comme suit:

• F = force électrique d'attraction ou de répulsion en Newtons (N). Des charges égales repoussent et des charges opposées s'attirent. k = est la constante de Coulomb ou constante électrique de proportionnalité. La force varie en fonction de la permittivité électrique (ε) du milieu, qu'il s'agisse d'eau, d'air, d'huile, de vide, entre autres. q = valeur des charges électriques mesurées à Coulomb (C). r = distance qui sépare les charges et qui est mesurée en mètres (m).

Il convient de noter que la permittivité électrique du vide est constante, et l'une des plus largement utilisées. Il est calculé de la manière suivante: ε ₀ = 8,8541878176x10 ^-12 C ² / (N · m ²). Il est extrêmement important de prendre en compte la permittivité du matériau.

La valeur de la constante de Coulomb dans le système de mesure international est:

Cette loi ne prend en compte que l'interaction entre deux charges ponctuelles en même temps et ne détermine que la force qui existe entre q ₁ et q ₂ sans tenir compte des charges qui l'entourent.

Coulomb a pu déterminer les propriétés de la force électrostatique en développant un équilibre de torsion comme instrument d'étude, qui consistait en une barre qui était accrochée à une fibre avec la capacité de se tordre et de revenir à sa position initiale.

De cette façon, Coulomb pouvait mesurer la force exercée sur un point de la barre en plaçant plusieurs sphères chargées à différentes distances afin de mesurer la force d'attraction ou de repousser lorsque la barre tournait.

Force électrostatique

La charge électrique est une propriété de la matière et est la cause des phénomènes associés à l'électricité.

L'électrostatique est la branche de la physique qui étudie les effets générés dans les corps en fonction de leurs charges électriques en équilibre.

La force électrique (F) est proportionnelle aux charges collectées et inversement proportionnelle à la distance qui les sépare. Cette force agit entre les charges radialement, c'est-à-dire une ligne entre les charges, donc c'est un vecteur radial entre les deux charges.

Par conséquent, deux charges du même signe génèrent une force positive, par exemple: - ∙ - = + ou + ∙ + = +. En revanche, deux charges de signes opposés génèrent une force négative, par exemple: - ∙ + = - ou + ∙ - = -.

Cependant, deux charges avec le même signe se repoussent (+ + / - -), mais deux charges avec des signes différents s'attirent (+ - / - +).

Exemple: si vous frottez une bande de Téflon avec un gant, le gant est chargé positivement et la bande est chargée négativement, donc quand ils se rapprochent, ils attirent. Maintenant, si nous frottons un ballon gonflé avec nos cheveux, le ballon sera chargé d'énergie négative et lorsque nous le rapprocherons du ruban de téflon, les deux se repoussent car ils ont le même type de charge.

De plus, cette force dépend de la charge électrique et de la distance qui les sépare, c'est un principe fondamental de l'électrostatique, ainsi qu'une loi applicable aux charges au repos dans un système de référence.

Il convient de mentionner que pour les petites distances, les forces des charges électriques augmentent, et pour les grandes distances, les forces des charges électriques diminuent, c'est-à-dire qu'elles diminuent lorsque les charges s'éloignent les unes des autres.

Ampleur de la force

L'amplitude de la force électromagnétique est celle qui affecte les corps qui contiennent une charge électrique et qui peut conduire à une transformation physique ou chimique étant donné que les corps peuvent attirer ou repousser.

Par conséquent, la grandeur qui s'exerce sur deux charges électriques est égale à la constante du milieu dans lequel les charges électriques sont situées par le quotient entre le produit de chacune d'entre elles et la distance qui les sépare du carré.

La grandeur de la force électrostatique est proportionnelle au produit de la grandeur des charges q ₁ xq ₂. La force électrostatique à courte portée est très puissante.

Exemples de loi de Coulomb

Vous trouverez ci-dessous différents exemples d'exercices où la loi de Coulomb devrait être appliquée.

Exemple 1

Nous avons deux charges électriques, une de + 3c et une de -2c, séparées par une distance de 3m. Pour calculer la force qui existe entre les deux charges, il est nécessaire de multiplier la constante K par le produit des deux charges. Comme on le voit sur l'image, une force négative a été obtenue.

Exemple illustré de l'application de la loi de Coulomb:

Exemple 2

Nous avons une charge de 6 x 10 ^-6 C (q ₁) qui est à 2 m d'une charge de -4 x 10 ^-6 C (q ₂). Quelle est donc l'ampleur de la force entre ces deux charges?

a. Les coefficients sont multipliés: 9 x 6 x 4 = 216.

b. Les exposants sont ajoutés algébriquement: -6 et -6 = -12. Maintenant -12 + 9 = -3.

Réponse: F = 54 x 10 ^-3 N.

Exemples d'exercices

1. Nous avons une charge de 3 x 10 ^-6 C (q ₁) et une autre charge de -8 x 10 ^-6 C (q ₂) à une distance de 2 m. Quelle est l'ampleur de la force d'attraction qui existe entre les deux?

Réponse: F = 54 X 10 ^-3 N.

2. Déterminer la force agissant entre deux charges électriques 1 x 10 ^-6 C (q ₁) et une autre charge de 2,5 x 10 ^-6 C (q ₂), qui sont au repos et dans le vide à distance 5 cm (n'oubliez pas de prendre le cm en suivant le Système International de Mesures).

Réponse: F = 9 N.