Image : notion de gradients. Les gradients sont les flèches bleues qui indiquent là où la fonction croit le plus dans le champ (blanc = valeur faible, noir = valeur élevée).
crédit : Par see file history — Travail personnel, CC BY-SA 2.5
La charge électrique est un concept abstrait difficile à imaginer !
De nombreuses définitions scolaires expliquent la charge électrique, par exemple :
- La charge électrique interagit par le biais de champs électromagnétiques.
- La charge électrique est une force dans un champ électrique et dans un champ magnétique si elle se déplace.
- La charge électrique est une propriété de la matière liée à la perte de neutralité d'une substance.
- La charge électrique constitue une propriété essentielle des particules élémentaires soumises à l'interaction électromagnétique.
- La charge électrique est quelque chose qui fait que l'objet qui la possède subit une force.
- etc.
Toutes ces définitions de la charge électrique ne nous disent rien sur la nature réelle de cette charge. C'est normal car on ne peut pas appréhender la charge électrique sans comprendre la notion de "champ".
Le champ est aussi une notion abstraite que notre cerveau ne peut imaginer car il n'en n'a pas eu besoin lors de son évolution. De plus c'est un concept quantique dont il est très difficile d'en faire une image réelle. Bien que nous n'ayons pas les capteurs sensoriels pour les imaginer, les champs sont bien réels.
Comme les champs sont invisibles, la meilleure image est celle de la limaille de fer dessinant des lignes courbes autour d'un aimant. Ces lignes nous montrent qu'une force attractive ou répulsive est capable d'agir à distance dans une portion d'espace que l'on appelle un "champ".
Les champs portent l'énergie de tout ce qui existe dans l'univers, des atomes aux grandes structures galactiques. Le magnétisme, la gravitation, la force nucléaire, la lumière et bien d'autres phénomènes physiques sont portés par des champs.
Pour comprendre la notion de charge, il est inutile d'entrer dans des explications extrêmement complexes de bosons et de fermions, d'électrons et de trous, de particules virtuelles et de déplacement de charges.
Les charges électriques sont à l'origine des forces électrostatiques observées entre les objets.
La valeur d'une charge élémentaire « e » (c'est-à-dire la plus petite) correspond à la charge d'un proton ou d'un électron ayant une valeur de 1,60217653 × 10-19 coulomb. La charge électrique est donc une grandeur scalaire portée par le champ électromagnétique. Cependant, la matière ordinaire tend vers une neutralité électrique.
La charge électrique interagit avec le champ électromagnétique comme la masse avec le champ gravitationnel.
Ces deux interactions (électromagnétique et gravitationnelle) font partie des quatre forces fondamentales de la nature avec les interactions nucléaires forte et faible.
Dans un champ gravitationnel, la masse s'écoule le long des gradients gravitationnels (pentes).
Dans un champ électromagnétique, la charge s'écoule le long des gradients électromagnétiques (potentiels).
N. B. : Lorsqu'on veut faire comprendre un concept fondamental ou profond, on est confronté à un problème d'interprétation souvent contraire à notre intuition.
Il est très difficile de dire précisément dans le langage de tous les jours, quelque chose d'exacte sachant que quelle que soit l'explication, elle sera fausse ?