Comprendre la Charge Électrique en Termes Simples

La charge électrique est la quantité la plus fondamentale et la plus basique en électronique. La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière portée par certaines particules élémentaires, qui détermine la manière dont ces particules sont influencées par un champ électrique ou magnétique. Le flux de charge dans un circuit, qui transporte l'énergie de la batterie (ou de l'alimentation) est ce que l'on appelle l'électricité. L'électricité ne peut circuler que s'il existe un circuit complet, allant de la batterie à travers les fils vers les composants, puis revenant à la batterie. L'unité de la charge électrique dans les systèmes mètre-kilogramme-seconde (MKS) et le système international (SI) est le coulomb, défini comme la quantité de charge électrique qui traverse une section transversale d'un conducteur dans un circuit électrique chaque seconde lorsque le courant a une valeur d'un ampère.

On dit que l'électricité circule du terminal positif (+) de la batterie vers le terminal négatif (-) de la batterie. On peut imaginer des particules chargées positivement circulant dans cette direction autour du circuit. Ce flux d'électricité est appelé courant conventionnel, et c'est la direction de circulation utilisée dans toute l'électronique. Cependant, cela n'est pas entièrement exact, car les particules qui se déplacent ont en fait une charge négative et circulent dans la direction opposée ! Explorons plus en détail l'électricité et la charge électrique dans cet article.

1. Définition de 1C (Coulomb)

1 coulomb (1 C) peut être défini comme la charge électrique qui circule à travers un fil pendant une seconde si le courant passant par le fil est de 1 ampère (1 A). Un coulomb est équivalent à 6,24 × 10¹⁸ unités naturelles de charge électrique, comme des électrons ou des protons individuels. Selon la définition de l'ampère, l'électron lui-même possède une charge négative de 1,602176634 × 10⁻¹⁹ coulombs. Une autre unité de charge électrochimique, la faraday, est utile pour décrire les réactions d'électrolyse, telles que dans le cas du placage métallique. Un faraday équivaut à 96485,332123 coulombs, soit la charge d'une mole d'électrons (autrement dit, le nombre d'Avogadro, 6,02214076 × 10²³, d'électrons).

2. Qualités Fondamentales de la Charge Électrique :

Les charges électriques qui sont opposées l'une à l'autre ont tendance à s'attirer. En revanche, des charges électriques similaires (de même signe) se repoussent mutuellement. Les principes fondamentaux de la charge électrique sont les suivants :

Deux protons et deux électrons, par exemple, se repoussent mutuellement. Les protons et les électrons ont une forte attraction l'un pour l'autre. Ces caractéristiques sont déterminées par le type de charge ou la force qui agit sur eux et coordonne la direction du flux. Le type de charge qu'ils portent est différent (notez que les protons ont une charge de 1,6 x 10⁻¹⁹ C, tandis que les électrons ont une charge de -1,6 x 10⁻¹⁹ C). Bien que le proton et l'électron aient la même charge, leurs natures sont opposées. Le signe de la charge est 'q' ou 'Q'. Le nombre d'électrons multiplié par la charge d'un électron donne la charge totale des électrons dans un atome. La formule de la charge peut être écrite comme suit, selon cette définition :

Q=ne

Où Q représente la charge totale, e représente la charge d'un seul électron, et n représente le nombre total d'électrons. La charge d'un corps peut être mesurée en la comparant à une valeur attendue. Selon une étude, la charge des électrons est de 1,6 x 10⁻¹⁹ C.

3. Les charges électriques sont de deux types :

Charge Positive :

La charge des charges positives, ou des protons, est de +1,6 × 10⁻¹⁹ coulombs. Les lignes de champ associées à une charge positive émergent de l'intérieur et s'étendent à l'infini.

Charge Négative :

Les charges négatives, ou électrons, ont une charge de -1,6 × 10⁻¹⁹ coulombs. Les lignes de champ associées à une charge négative viennent de l'infini.

Les charges électriques provoquent l'attraction des mèches de cheveux vers une règle. De manière similaire, frotter un ballon sur les cheveux attire les cheveux vers le ballon ; cependant, si deux ballons sont touchés simultanément, les ballons se repousseront, mais les mèches de cheveux seront attirées.

Le courant électrique est la vitesse à laquelle les charges électriques circulent.

4. Propriétés Fondamentales de la Charge Électrique :

1) Additivité des Charges Électriques

Lorsqu'on considère les charges comme des charges ponctuelles, les charges électriques sont des scalaires. Il est important de noter que bien que les charges puissent être des charges ponctuelles, elles restent des charges positives ou négatives. Si il y a n charges, la charge totale sera égale à la somme algébrique des charges individuelles, selon la propriété additive des charges électriques.

Q = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ + q₇ + q₈ + ….. + qn

2) Conservation de la Charge :

Selon la théorie de la conservation des charges, les charges ne sont ni créées ni détruites. Elles peuvent être déplacées d’un corps à un autre, mais elles ne peuvent être ni formées ni détruites. Les charges sont toujours conservées dans un système isolé.

3) Quantification de la Charge :

La charge d'un système est une quantité fixe. La charge est techniquement une quantité quantifiée. Les multiples entiers de l'unité de charge de base (c'est-à-dire 1,6 × 10⁻¹⁹ C) peuvent être utilisés pour indiquer la charge nette d'un système. Si la charge nette du corps est q, l'équation peut être exprimée comme suit :

Q=ne

Ici, ‘e’ représente l'unité fondamentale de charge des électrons et des protons. Dans cette formule, nnn doit être un nombre entier ; il ne peut pas être une valeur fractionnaire ou irrationnelle. Par conséquent, n'importe quel entier positif ou négatif peut être utilisé comme valeur pour nnn. Par exemple, les valeurs de nnn peuvent être 1, -1, 2, -3, 4, -5, et ainsi de suite.

La notion de quantification de la charge électrique est essentielle pour calculer la quantité totale de charge électrique contenue dans un système à l'aide de l'équation q=ne. Considérons un système avec un nombre total n1​ d'électrons et un nombre total n2​ de protons. Sur la base de ces faits, nous pouvons déduire que la quantité totale de charge est (n2−n1)e.

Conclusion:

Lorsqu'une matière est placée dans un champ électromagnétique, elle acquiert une charge électrique, ce qui lui permet de subir une force. Une charge électrique positive ou négative peut exister (habituellement portée respectivement par les protons et les électrons). Les charges similaires se repoussent, tandis que les charges opposées s'attirent.