INTERACTIONS (physique) Électromagnétisme
Notre vie quotidienne est certes assujettie à la pesanteur, dont tiennent obligatoirement compte tous nos gestes et nos réflexes, mais c'est l'électromagnétisme qui régit en réalité notre existence : tous les phénomènes qui nous entourent et nous construisent, depuis la lumière du soleil ou les vagues de la mer jusqu'aux processus biologiques eux-mêmes, relèvent fondamentalement de l'électromagnétisme.
James Maxwell
Hulton Archive/ Getty Images
L'électromagnétisme, omniprésent, s'est révélé comme une source extrêmement variée et quasi inépuisable d'applications : éclairage artificiel, moteurs, communications, appareillages médicaux, etc. Mais il aura fallu des siècles de recherches théoriques et expérimentales pour que les phénomènes observés trouvent leur utilité, parfois étonnante ou inattendue. Il est remarquable que, du point de vue de la théorie fondamentale, ces phénomènes et effets, dans leur diversité et leur totalité, tiennent dans quatre équations, écrites pour première fois par James Clerk Maxwell en 1873. Il s'agit là d'une avancée exceptionnelle sur la voie de l'unification des forces gouvernant le monde physique.
Certes, depuis Maxwell, deux révolutions majeures en physique théorique ont émergé, amenant la relativité et la mécanique quantique. L'électromagnétisme « classique » – incarné dans les équations de Maxwell – n'a pas seulement survécu à ces bouleversements, il les a en grande partie inspirés. Mieux : il a depuis lors assumé le double rôle de guide et de banc d'essai pour les développements ultérieurs, suggérant la notion clé d'« invariance de jauge ».
Réalités et notions électromagnétiques
Électricité
Certains corps ou objets, dans certaines situations, acquièrent une charge électrique. Elle leur est conférée par apport ou retrait d'électrons. Depuis la découverte de l'électron par J. J. Thomson en 1897, on ne connaît toujours pas la nature physique de la charge, qui accompagne toutes les particules atomiques et subatomiques.
On constate l'existence de deux espèces de charges, que l'on qualifie de positives et négatives, respectivement. Elles suivent, de fait, les règles de l'algèbre : deux charges amenées successivement sur un même objet lui attribuent leur somme algébrique pour charge résultante. Une circonstance particulière se réalise souvent : l'objet, recevant deux charges exactement opposées, se retrouve neutre (charge totale nulle). Toutefois, une même charge globale peut recouvrir des situations très différentes : si les charges constituantes se superposent parfois au même endroit, elles se maintiennent le plus souvent séparées en divers points du même objet.
Dans un atome (globalement neutre) Z électrons – chargés, par convention, négativement – évoluent autour d'un noyau positif très ramassé, constitué de Z protons – charge positive parfaitement opposée à celle de l'électron – et de neutrons – charge nulle – dont le nombre peut différer d'un isotope à un autre. La chimie procède donc, fondamentalement, de la répartition des électrons dans l'atome et de celle des réactifs dans la molécule.
Deux charges opposées localisées en des points distincts constituent un dipôle électrique. Les molécules d'eau H2O et d'ammoniac NH3 sont ainsi dipolaires : les électrons qui assurent dans ces molécules les liaisons covalentes sont (partiellement) repoussés par les H, « électropositifs », et accueillis par l'oxygène (O) ou l'azote (N), « électronégatifs » ; il en résulte un léger excès de charge positive au niveau des H et un égal excès de charge négative sur l'O ou le N.
Deux charges q1 et q2 immobiles en les points M1 et M2 agissent l'une sur l'autre par des forces, dites « électrostatiques » : q1 exerce F1/2 sur[...]
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Écrit par
- Bernard DIU : professeur émérite à l'université de Paris-VII-Denis-Diderot
Classification
Médias
James Maxwell
Hulton Archive/ Getty Images
Loi d'Ohm
Encyclopædia Universalis France
Lignes de champ magnétique
J. R. Eyerman/ The LIFE Picture Collection/ Getty Images
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