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Concept
Conservation de la charge électrique
Résumé
La conservation de la charge électrique est un principe physique. Il exprime que la charge électrique d'un système isolé est un invariant. La charge électrique ne peut donc être qu'échangée avec un autre système mais ni créée ni annihilée. On dit qu'il s'agit d'une grandeur conservative.
Ainsi, lors d'une réaction chimique, la somme totale des charges des espèces mises en jeu est conservée entre les réactifs et les produits. Lors d'une collision entre atomes, ions ou molécules, d'une désintégration radioactive, ou d'un échange énergie-matière, il en est de même. Ce principe de conservation de la charge est également à la base de la loi des nœuds en électrocinétique.
Équation de conservation
On peut exprimer localement la loi de conservation d'une grandeur extensive de densité volumique , entraînée à la vitesse et comportant un terme de production volumique , par :
Si est la densité volumique de charge entraînées à la vitesse et est le vecteur densité volumique de courant, l'équation locale de conservation de la charge s'écrit en l'absence de terme de production en volume :
En régime stationnaire, c’est-à-dire , on a : est alors un champ à flux conservatif. Ainsi, en intégrant sur une surface fermée, par exemple un morceau de fil conducteur, on peut retrouver la loi des nœuds de Kirchhoff concernant la conservation de l'intensité.
Une autre conséquence peut être tirée pour un écoulement hypersonique : le long d'une ligne de courant la densité de courant est nulle car nulle en amont dans le milieu non perturbé. On définit ainsi un milieu quasineutre où la diffusion des particules chargées peut être décrite par les équations de Stefan-Maxwell, voire par l'approximation de diffusion ambipolaire.
Considérons un matériau conducteur de conductivité homogène seul dans l'univers. De l'équation de la conservation de la charge et de la loi d'Ohm on tire, étant supposé homogène : .
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