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Charge électrique

La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.

Présentation

La charge électrique est une notion abstraite, comparable à celle de masse, qui permet d'expliquer certains comportements. Contrairement à la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...), la charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.) peut prendre deux formes, que l'expérience amène à considérer comme " opposées " ; on les qualifie arbitrairement de positive et négative. Deux charges de même nature, deux charges positives par exemple, se repoussent, alors que deux charges de nature opposée s'attirent. On appelle ce phénomène interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) électromagnétique. L'interaction entre les charges et un champ électromagnétique (Le champ électromagnétique est le concept central de l'électromagnétisme. On le conçoit souvent comme composition des deux champs vectoriels que l'on peut mesurer indépendamment : le champ électrique E et le...) est la source d'une des quatre forces fondamentales. Ces champs électromagnétiques, en mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une...) classique, obéissent aux équations de Maxwell (Les équations de Maxwell, aussi appelées équations de Maxwell-Lorentz, sont des lois fondamentales de la physique. Elles constituent les postulats de base de l'électromagnétisme, avec...).

La charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) électrique peut être directement mesurée avec un électromètre (Un électromètre (aussi appelé electroscope) est un appareil de mesure scientifique permettant la mesure ou la mise en évidence de la charge électrique d'un corps.). Son unité est le coulomb. Les particules observées possèdent des charges qui sont des multiples entiers de la charge élémentaire (La charge élémentaire est, en physique, la charge électrique d'un proton ou, de façon équivalente, l'opposé de la charge électrique d'un électron. Elle est notée e.) qui est une constante physique (En science, une constante physique est une quantité physique dont la valeur numérique est fixe. Contrairement à une constante mathématique, elle implique directement...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.). Les quarks sont supposés avoir des charges qui sont des multiples du tiers de la charge fondamentale, mais ces particules ne sont pas observables. La nature discrète de la charge électrique a été démontrée par Robert Millikan dans l'expérience de Millikan (expérience sur les gouttes d'huile).

Histoire

La charge électrique a été découverte par les anciens Grecs qui ont constaté que le frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) de la fourrure sur diverses substances, telles que l'ambre, produisait un déséquilibre de charge électrique (phénomène triboélectrique). Les Grecs notèrent que des boutons en ambre chargés pouvaient attirer des objets légers tels que des cheveux. Ils notèrent également que s'ils frottaient l'ambre assez longtemps, ils pouvaient même obtenir une étincelle. Le mot électricité dérive de ηλεκτρον, le mot grec pour ambre.

Au XVIIIe siècle, l'étude de l'électricité était devenue populaire. On réalisait dans la bonne société des expériences d'électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) au cours desquelles, à l'aide de dispositifs jouant le rôle de condensateurs tel que la bouteille de Leyde (La bouteille de Leyde est l'ancêtre du condensateur. Elle fut réalisée la première fois en 1745 dans la ville de Leyde (ou Leiden) aux Pays Bas par Pieter van Musschenbroek, Allaman et Cuneus qui...), on atteignait des tensions suffisamment élevées pour provoquer des commotions. Par une série d'expériences (1733), l'intendant du Fay distingua deux sortes d'électricité : l'électricité vitreuse et l'électricité résineuse correspondant aux deux types de comportement de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) lors d'une électrisation (Le terme électrisation signifie charger d'électricité (ou de charges électriques) un objet.) par frottement.

Benjamin Franklin (Benjamin Franklin (17 janvier 1706 à Boston - 17 avril 1790 à Philadelphie) est l'une des plus illustres figures de l'histoire américaine, à la fois écrivain, physicien et...) imagina l'électricité comme étant un type de fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui...) invisible présent dans toute la matière. Il a posé comme principe que le frottement de surfaces isolantes faisait changer ce fluide d'endroit et qu'un écoulement de ce fluide constitue un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont...). Il a également posé comme principe que quand la matière contenait trop peu de ce fluide elle était négativement chargée et quand il était excédentaire, la matière était positivement chargée. Arbitrairement, en tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) cas pour une raison qui nous est inconnue, il identifia le terme positif avec le type de charge acquis par une tige (La tige est chez les plantes à fleurs, l'axe, généralement aérien, qui prolonge la racine et porte les bourgeons et les feuilles. La tige se ramifie généralement en branches et rameaux formant...) de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le...) frottée sur de la soie (De la soie (fibre textile d'origine animale) est produite par de nombreux insectes, araignées et chenilles de certains papillons notamment (Yponomeutes, bombyx). Celle qui sert à produire...), et négatif avec celui acquis par une tige en ambre frottée avec de la fourrure.

Convention et réalités

Nous savons maintenant que le modèle de Franklin était trop simple. La matière se compose réellement de deux genres d'électricité : les particules appelées protons qui portent une charge électrique positive et les particules appelées électrons qui portent une charge électrique négative.

Le courant électrique peut avoir différentes causes : un écoulement de particules négatives ou un écoulement de particules positives, ou un écoulement de particules négatives et positives dans des directions opposées.

Pour réduire cette complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par...), les électriciens emploient toujours la convention de Franklin et, imaginent le courant électrique, connu sous le nom de courant conventionnel, comme constitué d'un écoulement de particules exclusivement positives.

Le courant conventionnel simplifie les concepts et les calculs, mais masque le fait que dans quelques conducteurs (électrolytes, semi-conducteurs, et plasma) les deux types de charges électriques se déplacent dans des directions opposées, ou que dans les métaux, les charges négatives sont quasi exclusivement responsables de la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) du courant. Ces derniers paramètres sont l'affaire des scientifiques de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) sur le sujets et des ingénieurs de conception en électrotechnique (Étymologiquement l'électrotechnique désigne l'étude des applications techniques de l'électricité. En réalité, l'électrotechnique regroupe les disciplines traitant l'électricité en tant...) et électronique.

Propriétés

Hormis les propriétés décrites en articles concernant l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ électromagnétique : le champ électromagnétique est...), il convient de noter que la charge est un invariant de la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'étude, tant...). Ceci veut dire que n'importe quelle particule de charge q, quelle que soit sa vitesse (On distingue :), gardera toujours sa charge q.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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