L’interaction électrique entre deux charges ponctuelles est décrite par la loi de Coulomb, établie en 1785 à l’aide d’une balance de torsion, et non en 1758 comme on le lit parfois à tort sur certaines fiches de révision ! Cette confusion de date revient souvent, alors autant la corriger dès le départ, non ?
Au programme, la formule :
Mais nous verrons également la vraie histoire de sa découverte (avec une mesure méconnue de Cavendish, plus précise que celle de Coulomb), et sa place exacte dans le programme officiel de première spécialité physique-chimie !
Qu’est-ce que l’interaction électrique et la loi de Coulomb ? 📚
L’interaction électrique est la force électrostatique qui s’exerce entre deux charges ponctuelles, décrite par la loi de Coulomb : elle est attractive si les charges sont de signes opposés, répulsive si elles sont de même signe, et son intensité diminue avec le carré de la distance qui les sépare.
Comme toutes les forces d’interaction à distance, elle se représente par un vecteur, ce qui permet de préciser à la fois son intensité et sa direction. C’est l’une des interactions fondamentales étudiées en électromagnétisme, aux côtés du champ électrique qu’elle génère autour de chaque charge.
🔍 La formule de la force électrostatique
La force exercée par une charge q₁ sur une charge q₂, séparées par une distance r, s’écrit :
A partir de ceci, nous pouvons noter
choses :
u₁₂est le vecteur unitaire de la droite reliantq₁etq₂, dirigé de 1 vers 2 : c’est lui qui donne à la force sa direction dans l’espace- la force est toujours dirigée selon la droite qui relie les deux charges
- son intensité est proportionnelle aux valeurs de
q₁etq₂, et varie en raison inverse du carré der
📏 La constante de Coulomb dans le vide
La constante K qui apparaît dans la formule vaut environ :
dans le vide. C’est la valeur à connaître par cœur pour tout exercice de première spécialité faisant intervenir cette relation entre charges !
K ≈ 9,0×10⁹ N·m²·C⁻² dans le vide.
La force est attractive si les charges sont de signes opposés, répulsive sinon, et elle varie en 1/r².
Quand la loi de Coulomb a-t-elle été établie ? 📜
Charles-Augustin Coulomb a établi sa loi de l’interaction électrostatique en 1785, à l’aide d’une balance de torsion, et non en 1758 : cette dernière date, encore présente sur certaines fiches de révision, est une erreur à corriger. Selon le cours d’électromagnétisme de Jimmy Roussel (femto-physique.fr), ses résultats ont d’ailleurs été contestés à l’époque : il a fallu environ vingt ans avant que la loi en 1/r² soit universellement acceptée par la communauté scientifique.
🕰️ 1785, pas 1758 : la vraie date, à la balance de torsion
La balance de torsion utilisée par Coulomb est un dispositif fait d’un fil en argent auquel sont fixés des matériaux chargés : la torsion du fil, proportionnelle à la force électrique exercée entre les charges, permet de mesurer précisément comment cette force varie avec la distance.
C’est cette expérience, menée en 1785, qui a permis à Coulomb d’établir que la force varie en 1/r².
⚖️ Cavendish, une mesure méconnue et plus précise que Coulomb
Un fait peu connu nuance l’attribution exclusive de cette loi à Coulomb.
Selon femto-physique.fr, le physicien britannique Henry Cavendish avait obtenu, avant même la publication de Coulomb, une mesure de l’exposant de la loi encore plus précise, avec :
Cavendish n’a toutefois pas publié ses résultats à l’époque, ce qui explique que la loi porte aujourd’hui le nom de Coulomb plutôt que celui de Cavendish.
Précision de la mesure de Cavendish :
± 0,04 sur l’exposant de la loi en 1/rⁿ, mesurée avant même la publication de Coulomb (Source : femto-physique.fr)
L’interaction électrique au programme de première spécialité 🎓
La loi de Coulomb est une notion exigible du thème « Mouvement et interactions » du programme officiel de première spécialité physique-chimie, publié au Bulletin officiel spécial n°1 du 22 janvier 2019. Elle y est associée à l’interaction électrostatique et mise en parallèle avec l’interaction gravitationnelle.
Le texte du programme officiel de première spécialité physique-chimie mentionne explicitement la loi de Coulomb dans le sous-chapitre « Interactions fondamentales », comme le rappelle Culture Sciences Physique (ENS de Lyon) : « Charge électrique, interaction électrostatique, influence électrostatique. Loi de Coulomb. Force de gravitation et champ de gravitation. Force électrostatique et champ électrostatique. »
Le texte du programme officiel de première spécialité physique-chimie mentionne explicitement la loi de Coulomb dans le sous-chapitre Interactions fondamentales.
Culture Sciences Physique, ENS de Lyon
🧲 Interaction électrostatique et interaction gravitationnelle
Le programme traite ces
interactions à distance en parallèle :
La force électrostatique
Dépend des charges et du champ électrique qu’elles crée, et varie en 1/r²
La force de gravitation
Dépend des masses en présence et varie elle aussi en 1/r²
Cette mise en regard aide à mémoriser les deux formules en même temps, puisqu’elles partagent la même structure mathématique. À l’échelle d’un atome, la comparaison est frappante : l’interaction électrique entre un électron et un proton est bien plus intense que leur interaction gravitationnelle, malgré leur masse infime !
Dans un exercice, identifie d’abord les charges en présence et leur signe : cela donne directement le sens de la force (attractive ou répulsive), avant même de calculer son intensité avec K ≈ 9,0×10⁹ N·m²·C⁻².
Vous cherchez un cours de physique et chimie ? Un professeur particulier peut t’aider à consolider la formule de Coulomb et à t’entraîner sur des exercices type avant le bac !
| Symbole | Ce que c’est | Rôle dans la formule |
|---|---|---|
| f₁₂ | Force électrostatique exercée par q₁ sur q₂ | Grandeur vectorielle recherchée (intensité et direction) |
| K | Constante de Coulomb dans le vide, K ≈ 9,0×10⁹ N·m²·C⁻² | Fixe l’échelle de l’intensité, à connaître par cœur |
| q₁ et q₂ | Valeurs des deux charges ponctuelles | L’intensité leur est proportionnelle, leurs signes donnent le sens (attractive ou répulsive) |
| r | Distance qui sépare les deux charges | L’intensité varie en raison inverse du carré de cette distance (en 1/r² ) |
| u₁₂ | Vecteur unitaire de la droite reliant q₁ à q₂ , dirigé de 1 vers 2 | Donne à la force sa direction dans l’espace |
L’interaction électrique, décrite par la loi de Coulomb établie en
reste l’une des notions clés du programme de première spécialité physique-chimie.
Retenir la formule :
f₁₂ = K·(q₁q₂/r²)·u₁₂, la vraie date de sa découverte et son lien avec l’interaction gravitationnelle te donnera une base solide pour aborder les exercices sur ce chapitre.
Sources 📚
- Roussel, Jimmy. "Interaction électrostatique." femto-physique.fr, cours d’électromagnétisme, https://femto-physique.fr/electromagnetisme/interaction-electrostatique.php.
- Ministère de l’Éducation nationale. "Programme d’enseignement de spécialité de physique-chimie de la classe de première générale." Bulletin officiel spécial n°1, 22 janvier 2019, https://www.education.gouv.fr/bo/19/Special1/MENE1901635A.htm.
- Éduscol. "Programmes et ressources en physique-chimie, voie GT." Ministère de l’Éducation nationale, https://eduscol.education.fr/1648/programmes-et-ressources-en-physique-chimie-voie-gt.
- Culture Sciences Physique. "Programme d’enseignement de spécialité de première." ENS de Lyon, https://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/programmes/programmes-de-premiere/programme-denseignement-de-specialite-de-physique-chimie.
Résumer avec l'IA :
Vous avez aimé cet article ? Notez-le !
Loading...
Si vous désirez une aide personnalisée, contactez dès maintenant l’un de nos professeurs !