Les forces fondamentales et les bases de l'électricité
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Les forces fondamentales de la nature
L'interaction forte
L'interaction forte est une force à courte portée, responsable de la cohésion des protons et des neutrons au sein du noyau atomique.
L'interaction électromagnétique
L'interaction électromagnétique se produit entre des particules chargées électriquement. Elle peut donner lieu à des forces d'attraction ou de répulsion selon le signe des charges des particules.
L'interaction faible
L'interaction faible est une force nucléaire qui se manifeste à de très courtes distances. Elle est responsable de l'instabilité de certains noyaux atomiques, un phénomène connu sous le nom de radioactivité.
L'interaction gravitationnelle
L'interaction gravitationnelle est une force universelle d'attraction mutuelle entre tous les corps ou particules possédant une masse. Bien qu'elle régisse les mouvements à grande échelle, son intensité est relativement faible.
Concepts clés de l'électrostatique
Quantification et conservation de la charge
Lorsqu'une variable physique est dite quantifiée, cela signifie qu'elle ne peut prendre que des valeurs discrètes, multiples d'une quantité élémentaire indivisible.
Induction électrostatique
L'induction électrostatique est une méthode utilisée pour charger un conducteur sans le mettre en contact direct avec un objet déjà électrisé.
L'électroscope
L'électroscope est un instrument utilisé pour détecter la présence de charges électriques sur un objet.
Influence du milieu sur les forces électriques
Lorsque des charges sont placées dans un milieu autre que le vide, la force entre elles est réduite. Cette réduction dépend des propriétés diélectriques de ce milieu.
Le champ électrique
Intensité du champ électrique
L'intensité du champ électrique en un point est définie comme la force exercée sur une charge test positive placée en ce point.
Lignes de force
Les lignes de force d'un champ électrique sont des lignes tangentes en chacun de leurs points au vecteur champ électrique. Elles indiquent la direction de la force qui s'exercerait sur une charge positive.
Champ électrique uniforme
Un champ électrique uniforme est un champ où le vecteur champ électrique (direction, sens et norme) est constant en tout point d'une région de l'espace.
Mouvement dans un champ uniforme
Lorsqu'une particule de charge q pénètre dans une région où règne un champ électrique, elle est soumise à une force.
Champ dans un conducteur en équilibre
Le champ électrique à l'intérieur d'un conducteur en équilibre électrostatique est nul.
Force électrique et travail
La force électrique est une force conservative. Par conséquent, le travail effectué pour déplacer une charge entre deux points d'un champ électrique est indépendant du chemin suivi.
Le potentiel électrique
Notion de potentiel et différence de potentiel
Le potentiel électrique en un point n'est pas défini de manière absolue ; il est toujours mesuré par rapport à un point de référence. C'est la différence de potentiel (ou tension) entre deux points qui a un sens physique et qui représente la variation d'énergie potentielle électrique.
Potentiel des corps chargés complexes
Les corps chargés complexes peuvent être considérés comme un ensemble de charges ponctuelles. Le champ et le potentiel résultants sont déterminés par la somme (vectorielle pour le champ, scalaire pour le potentiel) des contributions de chaque charge élémentaire.
Potentiel d'un corps sphérique
Un corps sphérique chargé uniformément se comporte, pour un observateur extérieur, comme une charge ponctuelle située en son centre.
Surfaces équipotentielles
Une surface équipotentielle est une surface sur laquelle le potentiel électrique est constant en tout point.
Potentiel d'un conducteur en équilibre
Le champ électrique à l'intérieur d'un conducteur en équilibre électrostatique étant nul et perpendiculaire à sa surface, il en résulte que la surface et l'intérieur du conducteur forment un volume équipotentiel (le potentiel y est constant).
Applications et phénomènes électriques
Le condensateur et l'effet diélectrique
Entre les armatures d'un condensateur, on peut placer un matériau isolant, appelé diélectrique, dont les principaux effets sont :
- Augmenter la capacité du condensateur.
- Améliorer la rigidité mécanique de sa structure.
Courant électrique
Le courant électrique est un flux de charges électriques.
Effet photoélectrique
L'effet photoélectrique est l'émission d'électrons par une surface métallique lorsqu'elle est éclairée par un rayonnement électromagnétique (comme la lumière).
Action chimique (piles et batteries)
Les piles et batteries sont des dispositifs qui convertissent l'énergie chimique en énergie électrique grâce à des réactions d'oxydoréduction.
Action magnétique (induction)
L'induction magnétique est le phénomène par lequel l'interaction entre un circuit électrique fermé et un champ magnétique variable génère un courant électrique dans le circuit.