vinheta|Camp electric associat a son propagator qu'es lo foton. drecha|vinheta|Michael Faraday introduguèt la nocion de camp electric.
En fisica, un camp electric enròda de particulas electricament cargadas. Mai precisament, un tal camp permet de determinar en tot punt de l'espaci la fòrça electrica exercida a distància per aquestas cargas. Dins un referencial galilèu donat, una carga q donada, de vector velocitat , subís de la partida de las autras cargas presentas (fixas o mobilas) una fòrça (dicha de Lorentz) que se descompausa en doas partida: , expression ont es lo camp electric, que descriu donc la partida de la fòrça de Lorentz independenta de la velocitat de la carga, e es lo camp magneticJ.-Ph. Pérez, R. Carles et R. Fleckinger, Electromagnétisme - Fondements et applications, , Masson, Paris, 1997, chap. 11.L. Landau et E. Lifchitz, Physique théorique, tome 2 : théorie de champs, , Ellipses, Paris, 1994, chapitre III, § 16.En toute rigueur, il s'agit de l'induction magnétique, le champ magnétique étant qui dans le vide est lié au champ par la relation , cf. article « Champ magnétique »., que descriu donc la partida de la fòrça exercida sus la carga que depend del desplaçament d'aquesta dins lo referencial d'estudi. Cal soslinhar que los camps electric e magnetic dependon del referencial d'estudi.
Lo camp electric pòut tanben èsser definit coma lo camp tradusent l'accion a distància subida per una carga electrica fixa dins un referencial donat de la partida de totas las autras cargas, qu'aquestas sián fixas o mobilas.
Pòt encara se definir coma tota region de l'espaci ont una carga es somesa a une fòrça de Coulomb.
Dins lo cas de cargas fixas dins lo referencial d'estudi, lo camp electric es nomenat camp electrostaticÉlie Lévy, Dictionnaire de Physique, Presses universitaires de France, Paris, 1988, page 141.. Es important de soslinhar qu'aqueste darrièr camp se confond pas en general amb lo camp electric coma foguèt definit primièrament, en efièch quand las cargas son en movement dins aqueste referencial, cal i apondre un camp electric induch degut als desplaçaments de las cargas per obtenir lo camp electric complet.
Descripcion qualitativa del camp electric
Mesa en evidéncia experimentala del camp electric Fòça experiéncias simplas permeton de metre en evidéncia l'existéncia d'un camp ligat a l'accion de particulas cargadas, e tanben son caractèr vectorial. Es per exemple possible de citar: Experiéncias d'electrizacion de còrs isolants: es aisit d'electrizar, es a dire de far apareisser de cargas electricas, sus de còrs isolants, los frejant. Atal una tija de veire, o la superfícia d'un disc compacte frejat amb de lana prenon una carga electrica, çò que se manifèsta pel fach que de troces de papièr, o de poscas, son atirats a distància pel còrs atal electrizat. Quitament, doas tijas isolantas electrizadas s'atiran o se rebutan, segon lor naturaAinsi une tige de verre et une tige d'ébonite frottés avec de la laine s'attireront, tandis qu'un morceau de bois électrisé de la même façon repoussera la tige en ébonite. L'accion a distància causada per las cargas electricas pòt s'explicar qualitativament pel fach qu'aquestas modifican las proprietats localas de l'espaci en creant un camp, ont es « sentit » per las cargas electricas microscopicas presentas dins los troces de papièr, o per un autre còrs electrizat. En retorn, las cargas electricas presentas sus l'autre còrs electrizat « sentent » aqueste camp electric e subisson en retorn una fòrça, atractiva o repulsiva segon que las cargas suls dos còrs son de signes opausats o egals. Al subjècte de l'atraccion dels troces de papièr, primièrament non cargats, aquesta s'explica pel fach qu'en preséncia del camp electric extèrne creat per l'isolant electrizat, las cargas electricas microscopicas al sen d'un troç donat veson lor reparticion modificada. Apareis atal a un tèrme d'un troç de papièr una accumulacion de cargas electricas (de signe opausat a aqueste de l'isolant), una accumulacion de cargas de signes opausats a la precedenta apareissent a l'autre tèrme (fenomèn de polarizacion). La preséncia d'una carga de polarizacion a un tèrme menat a l'atraccion del troç de papièr per l'isolant electrizat. Visualizacion del camp electric entre las armaturas d'un condensador plan: en plaçant entre doas placas metallicas planas, dispuusadas en fàcia l'una de l'autra, de còrs isolants polarisables coma de granas de pelenc, es aisit de veire qu'aquesta s'orientan de biais perpendicular a las placas se una diferéncia de potencial es aplicada entre las placas mejans un generator de tension en continú. Aquí encara lo resultat d'aquesta experiéncia mòstra que lo fach d'aplicar una diferéncia de potencial entre las doas placas mena a l'existéncia d'un camp entre aquestas, que le caractèr vectorial apareis aisidament, las granas de pelenc permeton de visualizar las linhas de camp d'aquestei. Es tanben possible de considerar l'efièch sus un fais d'electrons passant entre las placas quand una tension es aplicada entre elas: lo fais es alara deflectat cap a la placa ligada a la bòrna positiva (anòde) del generator. Aquí encara, aquò s'interprèta aisidament coma lo resultat de la preséncia d'un camp electric entre las placas, modificant aquí encara las proprietats localas de l'espaci, çò que mena a l'existéncia d'una fòrça suls electrons du fais (aquò es utilizat dins los oscilloscòpis analogics e los televisors de tub catodic).
Definicion qualitativa del camp electric Lo camp electric es lo camp vectorial que resultariá de l'accion a distància de particulas electricament cargadas sus una particula tèst de carga unitat al repaus dins lo referencial d'estudi (galilèu). Es donc la fòrça subida per la particula al repaus divisada per la carga d'aquesta particula. S'agís d'un camp vectorial que a tot punt de l'espaci associa una direccion, un sens, e una grandor (amplitud).
L'equacion de dimensions del camp electric es: [E] = M × L × I-1 × T-3 Las nòrmas d'aqueste vector s'exprimisson en vòlt per mètre (V/m) o en newton per coulomb (N/C) dins lo Sistèma internacional d'unitats.
La valor en un punt donat del camp electric depend de la distribucion de cargas o de la natura dels materials emplissant l'espaci. Istoricament foguèt introduch a la mitat del sègle XIX par Michael Faraday per explicar dins sas experiéncias certanas accions a distància, aquesta interaccion es uèi reconeguda coma portada pel foton.
Associat al camp magnetic, forma lo camp electromagnetic que permet per exemple de descriure una de la quatre interaccions fondamentalas de l'univèrs: l'interaccion electromagnetica.
Camp electrostatic Quand las cargas que crean lo camp son al repaus dins lo referencial d'estudi se parla de camp electrostatic. Aqueste camp es alara dirèctament deduch de l'expression de la lei de Coulomb (o interaccion electrostatica).
Primièr apròche: lei de Coulomb esquèrra|vinheta|Balança de Coulomb. Es en utilizant un dispositiu (balança de Coulomb) comprenent un fil de torsion en argent ont èran fixats de materials cargats que lo fisician Francés Coulomb establiguèt en 1785Comme le souligne Jackson dans son ouvrage Classical electrodynamics ( edition, Wiley, New York, 1975) la loi d'attraction en 1/r2 a été en fait découverte avant Coulomb par le scientifique anglais Henry Cavendish en 1772 à l'aide d'une expérience élégante utilisant deux sphères isolantes concentriques, la sphère externe étant initialement électriquement chargée. Les deux sphères sont mises en communication par un fil conducteur, et Cavendish essaie de déterminer si la sphère interne porte une charge électrique non nulle après cette mise en communication. Si la force varie comme l'inverse du carré de la distance, il ne doit y avoir aucune charge sur la sphère interne.C'est ce que Cavendish obtient à l'aide de ces mesures, en indiquant que si la loi de force est en le résultat de ces expériences implique que , et donc la force varie bien comme l'inverse du carré de la distance avec une grande précision. Cf. le texte original, disponible ici, notamment pages 118 et suivantes. que lo camp deu variar coma lo carrat invèrs de la distància entre las cargas, a une precision de 0,02 sur l'expausant. La lei d'atraccion entre doas cargas ponctualas q1 e q2, fixas dins lo referencial d'estudi e situadas a una distància r l'una de l'autra: la fòrça es dirigida segon la drecha religant las doas cargas; es atractiva se las cargas son de signes opausats, senon es repulsiva; son intensitat es proporcioanala a las valors de q1 e q2, e varia en rason invèrsa del carrat de la distància r. Matematicament, es possible de resumir aquestes resultats en escrivant l'expression de la fòrça exercida per q1 sus q2 jol la forma: , où es lo vector unitari de la drecha religant q1 e q2, dirigida segon lo sens 1 → 2, essent la permitivitat dielectrica del void. La dificultat conceptuala de la nocion de fòrça a distància es ligada entre autre al fach qu'es dificil de concebre cossí la carga q1 pòt « saber » qu'una autra carga ponctuala q2 se trapa a una cèrta distància, e « exercir una fòrça » sus aquesta carga. Del mèsme biais que pel camp gravitacional, es util de separar dins la lei de fòrça çò que depend de la carga subissent la fòrça remarcant qu'es possible d'escriure: , amb camp electric (mai precisament electrostatic) creat per la carga q1 al punt ont se trapa l'autra carga. Amb aquesta escritura l'existéncia de la fòrça a distància pòt s'interpretar d'un biais plan mai satisfasent: la carga « font » q1 crea en tot punt de l'espaci un camp electric que la forma es donada per l'expression precedenta, e una carga « tèst » quina que siá subirá l'efièch d'aqueste camp jos la forma d'una fòrça egala al produch d'aquesta carga per . Atal lo camp electrostatic apareis coma la fòrça entre doas particulas ponctualas fixas per unitat de carga.
Generalizacion : equacions localas del camp electrostatic En regim estatic, las quatre equacions de Maxwell se decoblan en doas pars d'equacions independentas, l'una relativa al camp magnetostatic, l'autra al camp electrostatica. Aquesta darrièra par es constituida d'una equacion d'estructura del camp electrostatic et d'una equacion ligant aqueste a la distribucion volumica de las cargas electrostaticas (equacion de Maxwell-Faraday en regim estatic), (equation de Maxwell-Gauss).
Estructura del camp electrostatic: potencial escalar La primièra d'aquestas equacions implica que lo camp electrostatica deriva d'un potencial escalair : ; dona donc una condicion sus l'estructura del camp . Lo potencial escalar es definit a una constanta additiva près, çò qu'implica de causir una origina pel potencial, es a dire de fixar sa valor en un punt donat (al besonh l'infinit). Enseguida es pas en se una grandor fisica, mas puslèu un intermediari de calcul. esquèrra|vinheta|Illustracion de las equipotencialas dins lo plan contenent doas cargas de signes opausats. Pasmens, la diferéncia entre las valors del potencial electrostatic entre dos punts distinctes a una valor plan definida quina que siá l'origina causida pel potencial, que se pòt mesurar dins unas condicions (diferéncia de potencial, que se confond amb la tension electrica entre dos punts pel sol regim estacionari).
Representacions del camp electrostatic: superfícia equipotencialas e linhas de camp vinheta|Lignes de champ électrique autour de deux particules de même charges (gauche) et de charges opposées (droite). Per un potencial escalar donat , d'origina fixat, las superfícias d'equacions , o de biais equivalent de biais que , son nomenadas superfícias equipotencialas.
Las corbas talas qu'en tot punt la direccion del camp electrostatic i siá tangenta son nomenadas las linhas de camp del camp electrostatic. Son definidas per la condicion qu'un element d'una linha de camp donat siá tal que .