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Énergie électrique

Énergie potentielle électrique : formule, définition, applications

Énergie potentielle électrique : formule, définition, applications

En physique, l'énergie potentielle électrique est l'énergie potentielle d'un champ électrostatique. Cela signifie que si une charge électrique ponctuelle est placée en un point, elle exercera une force conservatrice sur toute autre charge présente. Dans ce cas, l'énergie potentielle d'une charge dépend de l'ensemble des charges qu'elle a autour d'elle.

L'énergie potentielle électrique est également appelée énergie potentielle électrostatique lorsque nous nous référons à des systèmes à champs électriques constants dans le temps.

Ce concept est similaire à celui de l'énergie potentielle gravitationnelle. Dans l'énergie potentielle gravitationnelle, un objet à une certaine hauteur est affecté par une force externe qui l'attire vers le centre de la terre. Lorsqu'il s'agit d'énergie potentielle électrique, un corps chargé soumis à une force électrique acquiert de l'énergie potentielle électrique (Ep).

Définition de l’énergie potentielle électrique

L'énergie potentielle électrique d'un système de deux charges placées à distance entre elles est définie comme le travail effectué par la force électrique lorsque les deux charges sont amenées à une distance infinie entre elles. Elle est définie à une constante près.

Fondamentalement, il correspond à l'énergie que possède une charge du simple fait d'être dans un champ électrique à une certaine distance de la charge source et indique l'énergie cinétique potentielle que la charge peut exprimer si elle est laissée libre de ses mouvements.

Formule de l’énergie potentielle électrique

L'énergie potentielle électrique qui a une charge ponctuelle q en présence d'une autre charge ponctuelle Q séparée entre elles est :

Ep = K⋅Q⋅q / r

où:

  • Ep représente l'énergie potentielle en un point. Dans le système international de mesures, il est mesuré en Joules (J).

  • Q et q sont les valeurs des deux charges ponctuelles exprimées en Coulombs (C).

  • r est la distance qui les sépare exprimée en mètres (m).

  • K est la constante de la loi de Coulomb. Pour le vide sa valeur est d'environ 9 · 109 N · m2 / C2.

Si les charges ont le même signe, l'énergie potentielle électrique est positive, s'il y a une charge positive et une charge négative, l'énergie potentielle sera négative.

Par le calcul de l’énergie potentielle en un point qui est affecté à une distribution des charges s'applique le principe de superposition. De cette manière, les charges électriques interagissent les unes avec les autres en créant des champs électriques qui peuvent être superposés pour trouver le champ électrique total en tout point de l'espace.

L'énergie potentielle électrique totale dans un système de charges est la somme de l'énergie potentielle électrique de chaque paire de charges, calculée individuellement selon la loi de Coulomb.

Quelle est la différence entre énergie potentielle électrostatique et électrique ?

L'énergie potentielle électrique et l'énergie potentielle électrostatique sont deux termes qui sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais ils font en fait référence à des concepts légèrement différents.

L'énergie potentielle électrique est l'énergie potentielle associée à une charge électrique qui se déplace dans un champ électrique créé par d'autres charges électriques. Cela signifie que l'énergie potentielle électrique dépend de la position de la charge dans le champ électrique et de la charge des autres charges électriques qui créent le champ.

L'énergie potentielle électrostatique, d'autre part, est l'énergie potentielle associée à deux charges électriques qui interagissent à distance par la force électrostatique. Cette énergie potentielle dépend de la position relative des deux charges et de leur magnitude.

En d'autres termes, l'énergie potentielle électrique est associée à une charge dans un champ électrique, tandis que l'énergie potentielle électrostatique est associée à l'interaction de deux charges électriques. Cependant, les deux termes sont liés car un champ électrique peut être créé par des charges électriques, et les charges électriques peuvent interagir électrostatiquement.

Les applications de l'énergie potentielle électrique

L'énergie potentielle électrique a de nombreuses applications pratiques dans notre vie quotidienne et dans de nombreuses industries. Voici quelques exemples :

  1. Les batteries : Les batteries stockent l'énergie potentielle électrique qui peut être convertie en énergie électrique pour alimenter les appareils électroniques, les véhicules électriques, les équipements médicaux, les installations de secours et les énergies renouvelables telles que les panneaux solaires.

  2. Les condensateurs : Les condensateurs sont des dispositifs qui stockent l'énergie potentielle électrique sous forme de charge électrique dans leurs plaques. Ils sont utilisés dans les circuits électroniques pour fournir de l'énergie de secours, pour filtrer les signaux électriques, pour stocker de l'énergie pour une utilisation future, etc.

  3. Les électroaimants : Les électroaimants sont des aimants temporaires qui sont créés par le passage d'un courant électrique à travers une bobine de fil conducteur. Ils sont utilisés dans de nombreux appareils, notamment les moteurs électriques, les relais électromagnétiques, les haut-parleurs, les générateurs, etc.

  4. L'effet Joule : L'énergie potentielle électrique peut être convertie en énergie thermique par l'effet Joule. L'effet Joule est utilisé dans les fers à souder, les appareils de chauffage, les bouilloires électriques, etc.

  5. Les transformateurs : Les transformateurs sont des dispositifs qui transforment l'énergie potentielle électrique d'un niveau de tension à un autre niveau. Ils sont utilisés pour la distribution d'énergie électrique, pour les alimentations électriques de machines, etc.

  6. Les cellules photovoltaïques : Les cellules photovoltaïques utilisent l'énergie potentielle électrique des photons du soleil pour produire de l'énergie électrique. Ils sont utilisés dans les installations de panneaux solaires pour produire de l'énergie renouvelable.

  7. Les circuits électroniques : Les circuits électroniques utilisent l'énergie potentielle électrique pour activer les dispositifs électroniques tels que les diodes, les transistors, les microcontrôleurs, les capteurs, etc.

En somme, l'énergie potentielle électrique est essentielle dans de nombreuses applications électroniques, électromagnétiques et électriques, et continue d'être une force motrice importante dans notre vie quotidienne.

Auteur:
Date de Publication: 7 septembre 2021
Dernière Révision: 7 septembre 2021