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Loi de Coulomb et champ électrique

Force entre deux charges, champ créé par une charge et force sur une charge d’essai, avec la nature attractive ou répulsive nommée.

Paramètres

En coulombs, signe compris : 2e-6 pour 2 µC, -1.6e-19 pour un électron.
Remarque

F = k·q₁q₂/r² : la force que chaque charge exerce sur l’autre, en norme et en nature.

Résultat

Force de Coulomb

0,898 755 N

Calcul
F = k·|q₁q₂|/r² = 8,98755 × 10⁹ × |1 × 10⁻⁶ × 1 × 10⁻⁶| / 0,1² = 0,898 755 N
Nature
répulsive, les charges sont de même signe
force (N)0,1 m0,2 m2 r : 0,225r : 0,899+q₁+q₂
Soit, en charges élémentaires
6,24151 × 10¹²
Constante de Coulomb
8,98755 × 10⁹ N·m²/C²
Remarques (2)

Les deux forces sont égales et opposées. À deux fois la distance, il en reste le quart.

La force vaut 0,898 755 N ; elle est répulsive, les charges sont de même signe.

Calcul, hypothèses et sources

PrésentationLa loi de Coulomb sous ses deux formes : la force entre deux charges, F = k·q₁q₂/r², et le champ créé par une charge, E = k·q/r², avec la force sur une charge d’essai.

La loi de Coulomb sous ses deux formes : la force entre deux charges, F = k·q₁q₂/r², et le champ créé par une charge, E = k·q/r², avec la force sur une charge d’essai. La constante k est calculée depuis la permittivité du vide CODATA ; la nature de la force, attractive ou répulsive, est nommée en toutes lettres.

Méthode & formulesF = k · |q₁ q₂| / r²
F = k · |q₁ q₂| / r²E = k · |q| / r²F = q Ek = 1/(4πε₀) = 8,988 × 10⁹ N·m²/C²

La force décroît comme le carré de la distance, comme la gravitation. La constante k est calculée depuis la permittivité du vide ε₀.

q
charge électrique, en coulombs. Le signe fait partie de la charge.
Charge élémentaire
e = 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹ C, exacte depuis le SI de 2019 : la charge du proton, l’opposée de celle de l’électron.
E
champ électrique, en volts par mètre, unité égale au newton par coulomb.
ε₀
permittivité du vide, 8,854 × 10⁻¹² F/m (CODATA 2018).
Domaine de validitéLa loi vaut pour des charges ponctuelles, ou à symétrie sphérique vues de l’extérieur, immobiles et dans le vide.

La loi vaut pour des charges ponctuelles, ou à symétrie sphérique vues de l’extérieur, immobiles et dans le vide. Dans un matériau, la permittivité relative divise la force ; pour des charges en mouvement rapide, le magnétisme s’ajoute. À l’échelle atomique, la mécanique quantique gouverne les états liés : la loi donne l’ordre de grandeur de l’atome d’hydrogène, pas ses niveaux d’énergie. À distance nulle, la loi diverge.

Lecture du résultatLe signe des charges fixe la nature de la force, attractive ou répulsive, pas sa norme.

Le signe des charges fixe la nature de la force, attractive ou répulsive, pas sa norme. Le champ décrit la force que subirait une charge placée en ce point. La loi a la même forme en 1/r² que la gravitation ; entre un proton et un électron, la force électrique est 10³⁹ fois plus grande.