Qu'est-ce que l'énergie potentielle électrique ?
L'énergie potentielle électrique correspond à l'énergie emmagasinée dans un système de deux particules chargées du fait de leur interaction électrostatique. Pour deux charges ponctuelles Q1 et Q2 séparées d'une distance r, cette énergie s'exprime par $$U = k \cdot \frac{\text{Q}_1\,\text{(C)} \cdot \text{Q}_2\,\text{(C)}}{\text{r (m)}}$$ où k désigne la constante de Coulomb (environ \(8{,}988 \times 10^9\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2\)). Cette relation est universelle et s'appuie sur les unités du Système international : les charges en coulombs (C), la distance en mètres (m) et l'énergie en joules (J).
Comment utiliser ce calculateur
Indiquez les deux charges Q1 et Q2 en coulombs ainsi que la distance de séparation r en mètres. Le calculateur multiplie les charges par la constante de Coulomb, puis divise le résultat par la distance. Au besoin, utilisez la notation scientifique (par exemple, un microcoulomb vaut 0,000001 C). Un résultat positif signale que les charges se repoussent (signes identiques) ; un résultat négatif indique qu'elles s'attirent (signes opposés).
La formule expliquée
Le signe de chaque charge est déterminant. Si les deux charges sont positives ou toutes deux négatives, le produit \(Q_1 \cdot Q_2\) est positif : l'énergie est positive et doit être fournie pour les rapprocher. Si les charges sont de signes opposés, le produit est négatif et le système possède une énergie plus faible (négative), traduisant l'attraction. L'énergie tend vers zéro lorsque les charges s'éloignent à l'infini, point de référence retenu par convention.
Exemple résolu
Prenons \(Q_1 = 1\ \mu\text{C} = 1\times10^{-6}\ \text{C}\), \(Q_2 = 2\ \mu\text{C} = 2\times10^{-6}\ \text{C}\) et \(r = 0{,}5\ \text{m}\). On obtient $$U = \frac{8{,}988\times10^9 \times 1\times10^{-6} \times 2\times10^{-6}}{0{,}5} = \frac{8{,}988\times10^9 \times 2\times10^{-12}}{0{,}5} = \frac{0{,}017975}{0{,}5} = 0{,}03595\ \text{J}$$ Les deux charges étant positives, l'énergie est positive : la configuration est répulsive.
FAQ
Que signifie un résultat négatif ? Une énergie potentielle négative indique que les charges s'attirent ; de l'énergie serait libérée à mesure qu'elles se rapprochent.
Est-ce la même chose que le potentiel électrique (la tension) ? Non. Le potentiel électrique \(V = kQ/r\) représente une énergie par unité de charge (en volts), tandis que ce calculateur renvoie l'énergie totale (en joules) pour la paire de charges.
Que se passe-t-il si je saisis r = 0 ? La distance doit être strictement supérieure à zéro : la formule diverge lorsque la séparation est nulle, c'est pourquoi le calculateur renvoie 0 afin d'éviter une division par zéro.
