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Introduction : L'électromagnétisme a sa forme actuelle depuis une centaine d'années environ et, contrairement à une discipline telle que l'optique, n'a environ que 200 ans d'existence. Voici pour mémoire quelques dates et grands noms de l'histoire de l'électromagnétisme :
_ 1785 – 1791 : dans sa célèbre série de sept mémoires, Coulomb va déterminer, grâce à une balance de torsion de sa conception, les lois quantitatives d'attraction électrostatiques et magnétiques qui portent son nom.
_ 1827 : En étudiant les forces électromagnétiques produites par le passage du courant dans un fil, il découvre que leur intensité est proportionnelle à la longueur du conducteur. De ses recherches Ohm énonce une loi qui porte aujourd'hui son nom selon laquelle le courant électrique est égal à la tension (ou la différence de potentiel) divisée par la résistance du circuit. Avec les lois élaborées par André Ampère au même moment, la loi d'Ohm marque le premier pas vers une description théorique des phénomènes électriques.
_ 1831 : Faraday découvre l'induction électromagnétique qui permettra la construction des dynamos.
_ 1865 : Elaboration des célèbres équations différentielles décrivant la nature des champs électromagnétiques dans l'espace et le temps par James Clerk Maxwell. Il les expose dans son Traité d'électricité et de magnétisme publié en 1873. Maxwell, en élaborant les théories de l'électromagnétisme, a également défini la lumière en tant qu'onde
électromagnétique, ouvrant ainsi la voie aux recherches d'autres physiciens comme Heinrich Rudolph Hertz.
_ 1897 : Découverte de l'électron ("atome d'électricité") par Joseph John Thomson.
_ 1904 : Détermination de la charge de l'électron par le même Thomson.
II. La charge électrique
Personne ne sait ce qu'est une charge électrique. Nous savons, par contre, que certains objets microscopique portent, outre leur masse, une charge, qui va influencer les autres charges présentes. Pour mettre en évidence le côté "électrique" des objets, regardons les expériences suivantes :
_ Frottons une tige de verre ou d'ambre jaune (résine fossilisée) et approchons-la d'une boule de sureau accrochée à un fil. La tige attire la boule. Une expérience un peu différente montre que les charges portées par le verre ou l'ambre après frottement sont opposées.
_ Prenons deux tiges de verre frottées au préalable et mettons les en contact avec deux boules de sureau accrochée à deux fils. Les deux boules vont, après avoir éloigner les tiges, se repousser. Si, par contre, une des deux tiges est remplacée par une tige d'ambre, les deux boules vont s'attirer. En frottant un objet sur un autre, il y a échange de charges. Un objet perd des électrons au profit de l'autre. L'objet se retrouve chargé, ou ionisé, et peut ainsi attirer ou repousser un autre objet chargé. Notons que cette action (attraction ou répulsion) peut se faire sans contact. C'est une action à distance. Nous verrons plus loin comment écrire cette action. La charge élémentaire accessible est celle de l'électron, négative par convention, et notée – e. Sa valeur est environ 1.609 10
-19 C. Toutes les autres charges sont des multiples entiers de la charge élémentaire. Nous dirons que la charge est quantifiée.
proton + e
positron + e
antiproton - e
pion + + e
pion - - e
kaon K
+ + e
kaon K
+ - e
_ La charge d'un système est une grandeur extensive, c'est à dire qu'elle est la somme algébrique de toutes les charges constituant le système. Ex : pour H, Q = +e – e = 0. Pour un métal isolé, Q = 0.
_ Deux charges de mêmes signes se repoussent, deux charges de signe contraire s'attirent.
_ La charge est une grandeur conservative. Dans un système isolé, il ne peut pas y avoir de création ou de destruction de charges. L'apparition de charges dans ce système ne peut être due qu'à l'extérieur. Une autre façon de dire la même chose est que la charge totale contenue dans l'Univers est constante.



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