Écrantage du champ électrique

L’écrantage du champ électrique consiste en l’atténuation du champ électrique en raison de la présence de porteurs de charge électrique mobiles au sein d’un matériau. Il s’agit d’un comportement essentiel des fluides porteurs de charge, comme les gaz ionisés (plasmas), les porteurs de charge électrique. L’écrantage électrique est un phénomène important parce qu’il diminue considérablement la pertinence de l’étude des champs électriques. Cependant, comme les fluides en jeu comportent des particules chargées, ils peuvent produire des champs magnétiques ou être affectés par eux. Cela fait un sujet d’étude particulièrement pertinent et complexe de l’astrophysique.

Dans un fluide composé de particules chargées, les particules interagissent au travers de la loi de Coulomb.

Cette interaction complique l’étude théorique du fluide. Par exemple, un calcul naïf de la densité d’énergie du niveau fondamental, dans le formalisme de la mécanique quantique, diverge vers l’infini, ce qui n’est pas raisonnable. La difficulté vient du fait que la force de Coulomb varie avec la distance en 1 / r2 . Or le nombre moyen de particules à la distance r est proportionnel à r2, en supposant que le fluide est isotrope. EN conséquence, une variation de charge en un point quelconque du fluide a un effet non négligeable à grande distance.

En réalité, ces effets à grande distance sont annulés par le flux de particules en réponse aux champs électriques. Ce flux réduit l’interaction efficace entre les particules à une interaction de Coulomb écrantée et limitée à courte distance.

Par exemple, considérons un fluide composé d’électrons. Chaque électron crée un champ électrique qui repousse les autres électrons. En conséquence, l’espace qui l’environne possède une densité d’électrons plus faible qu’en d’autres endroits du fluide. Cette région peut être traitée comme un trou chargé positivement. Vu depuis une grande distance, ce trou est équivalent à une charge électrique positive supplémentaire qui annule le champ produit par de l’électron. C’est seulement à courte distance, au voisinage du trou, que le champ de l’électron produit un effet sensible.

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