La Force d’interaction de Lorentz électrique est une force fondamentale en physique décrivant l’effet d’un champ électrique sur une particule chargée. Cette force joue un rôle central dans l’électromagnétisme et intervient dans de nombreux phénomènes liés aux charges électriques en mouvement ou en interaction avec des champs électriques.
Force d’interaction de Lorentz électrique
La Force d’interaction de Lorentz électrique s’applique à une particule de charge \( q \) placée dans un champ électrique uniforme \( \vec{E} \). Elle est donnée par l’expression suivante :
\[ \vec{F} = q \vec{E} \]
Où :
- \( \vec{F} \) est la force électrique (en Newtons).
- \( q \) est la charge de la particule (en Coulombs).
- \( \vec{E} \) est le champ électrique (en Volts par mètre).
Cette force agit dans la direction du champ électrique si \( q > 0 \) (charge positive) ou dans la direction opposée si \( q < 0 \) (charge négative). Elle est responsable d'accélérations ou de déviations des particules chargées lorsqu'elles traversent un champ électrique.
Exemples sur Force d’interaction de Lorentz électrique
Les exemples suivants illustrent des applications pratiques de la Force d’interaction de Lorentz électrique. Ces exercices sont typiques des problématiques rencontrées en physique universitaire.
Exemple 1 : Mouvement d’une charge dans un champ électrique uniforme
Considérons une particule de charge \( q = +1.6 \times 10^{-19} \, \text{C} \) (charge d’un proton) se déplaçant dans un champ électrique uniforme \( \vec{E} = 5 \times 10^4 \, \text{V/m} \) dirigé selon l’axe \( x \). La force agissant sur la particule est donnée par :
\[ \vec{F} = q \vec{E} \]
En remplaçant les valeurs :
\[ \vec{F} = (1.6 \times 10^{-19}) \times (5 \times 10^4) = 8 \times 10^{-15} \, \text{N} \]
La particule subit donc une force de \( 8 \times 10^{-15} \, \text{N} \) dirigée vers la droite, ce qui entraîne une accélération proportionnelle à cette force selon la deuxième loi de Newton :
\[ \vec{a} = \frac{\vec{F}}{m} \]
Ce type de calcul est fondamental en physique des particules et en électrodynamique.
Exemple 2 : Travail effectué par le champ électrique
Une particule de charge \( q = -1.6 \times 10^{-19} \, \text{C} \) (électron) est déplacée sur une distance \( d = 0.01 \, \text{m} \) dans un champ électrique uniforme \( \vec{E} = 1 \times 10^3 \, \text{V/m} \). Le travail effectué par le champ électrique est donné par :
\[ W = q \vec{E} \cdot \vec{d} = q E d \cos\theta \]
Si \( \theta = 0^\circ \) (le champ et le déplacement sont alignés), alors :
\[ W = (-1.6 \times 10^{-19}) \times (1 \times 10^3) \times 0.01 = -1.6 \times 10^{-18} \, \text{J} \]
Le travail est négatif car la charge est négative et se déplace dans le sens opposé au champ électrique.