Électro- magnétisme
2 août 2019 165 QCM ET EXERCICES CORRIGÉS. 180 ILLUSTRATIONS EN COULEURS. LES + EN LIGNE. Électro- magnétisme. Élec. Christophe Cappe. Page 2. © Dunod 2019.
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26 janv. 2004 Les corrigés d'un grand nombre d'exercices et de probl`emes sont donnés ci-apr`es. Ce document sera mis `a jour.
Électricité et
magnétisme203-NYB-05
Arnaud Courti
Campus Notre-Dame-de-Foy
Cours d"Électricité et de magnétisme - 203-NYB-05, version 4.0, août 2021Copyright © 2018-2021 ARNAUDCOURTICes notes de cours sont écrites parLuc Tremblay, professeur de physique au Collège Mérici de Québec.
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Table des matières
IÉlectrostatique
1La force électrique.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.1 Les charges positives et négatives
231.2 La nature de l"électricité
251.2.1 Les fluides électriques
251.2.2 Électrons et protons
261.3 La charge électrique
271.3.1 La mesure de la charge
271.3.2 La charge d"un objet
281.4 La loi de Coulomb
291.4.1 Historique
291.4.1.1 Les fluides et la force électrique
291.4.1.2 Les charges ponctuelles
291.4.1.3 La formule
301.4.2 La constante électrique
311.4.3 Le principe de superposition
311.4.4 Exemples
321.5 La conservation de la charge
351.5.1 Le principe de conservation
351.5.2 Pourquoi y a-t-il conservation?
361.6 La séparation de la charge
361.7 Les isolants et les conducteurs
381.8 L"induction électrique
391.8.1 Séparation de charge
391.8.2 Attraction d"un objet neutre par induction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.9 Exercices
411.4 La loi de Coulomb
411.10 Réponses
431.4 La loi de Coulomb
432Le champ électrique.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.1 La définition du champ électrique
452.2 Le champ électrique d"une charge ponctuelle
472.3 Pourquoi utiliser le champ électrique?
512.4 Les lignes de champ électrique
522.4.1 Définitions et propriétés fondamentales
522.4.2 Autres propriétés des lignes de champ
542.5 Le champ électrique d"un objet chargé
562.5.1 Champ vis-à-vis du bout d"une tige uniformément chargée
572.5.2 Champ vis-à-vis du milieu d"une tige uniformément chargée
582.5.3 Champ d"une tige infinie uniformément chargée
602.5.4 Champ au centre de courbure d"une tige uniformément chargée
612.5.5 Les plaques infinies uniformément chargées
632.5.6 La sphère
652.6 La force sur une charge ponctuelle dans un champ électrique
652.7 La force sur un objet chargé dans un champ électrique
682.7.1 Calcul de la force
682.7.2 Force entre 2 sphères uniformément chargées
692.8 Le dipôle dans un champ électrique
702.8.1 Dipôle dans un champ électrique uniforme
702.8.2 Dipôle dans un champ électrique non uniforme
732.9 Le champ électrique et les conducteurs
752.9.1 3 propriétés du champ avec un conducteur
752.9.1.1 Première propriété
752.9.1.2 Deuxième propriété
762.9.1.3 Troisième propriété
772.9.2 2 situations pour résumer
772.9.2.1 Exemple 1
772.9.2.2 Exemple 2
772.9.3 Conducteur avec une cavité
782.9.3.1 Surface interne
782.9.3.2 Surface externe
792.10 Le champ électrique et les diélectriques
792.10.1 Baisse du champ électrique
792.10.2 Champ électrique maximum dans un diélectrique
812.10.3 Autres types d"isolants
832.11 Exercices83
2.1 La définition du champ électrique
832.2 Le champ électrique d"une charge ponctuelle
832.5 Le champ électrique d"un objet chargé
842.6 La force sur une charge ponctuelle dans un champ électrique
862.8 Le dipôle dans un champ électrique
882.9 Le champ électrique et les conducteurs
882.10 Le champ électrique et les diélectriques
892.12 Réponses
902.1 La définition du champ électrique
902.2 Le champ électrique d"une charge ponctuelle
902.5 Le champ électrique d"un objet chargé
902.6 La force sur une charge ponctuelle dans un champ électrique
902.8 Le dipôle dans un champ électrique
902.9 Le champ électrique et les conducteurs
902.10 Le champ électrique et les diélectriques
903Le théorème de Gauss.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.1 Le flux électrique
913.1.1 Champ uniforme et surface perpendiculaire au champ
923.1.2 Champ uniforme et surface non perpendiculaire au champ
923.1.3 Champ non uniforme et surface non perpendiculaire au champ
943.1.4 Flux à travers une surface fermée
953.1.5 Le flux pour deux cas symétriques importants
983.1.5.1 Symétrie sphérique
983.1.5.2 Symétrie cylindrique
1003.2 Le théorème de Gauss
1013.2.1 Le flux dépend de la charge à l"intérieur de la surface
1013.2.2Démonstration que les lignes de champ n"apparaissent pas ou ne disparaissent pas
dans le vide. 1023.2.3 Le théorème de Gauss
1033.2.4 Application pour trouver le champ quand il y a symétrie sphérique ou cylindrique 103
3.2.5 Exemples avec des isolants
1043.2.6 Exemples avec des conducteurs
1143.3 Autres preuves avec le théorème de Gauss
1163.3.1 Le champ d"une plaque infinie
1163.3.2 Le champ près de la surface des conducteurs
1173.3.3 Autre preuve qu"il n"y a pas de charge à l"intérieur d"un conducteur
1183.4 Exercices
1193.1 Le flux électrique
1193.2 Le théorème de Gauss
1193.3 Autres preuves avec le théorème de Gauss
123Défis
1233.5 Réponses123
3.1 Le flux électrique
1233.2 Le théorème de Gauss
1243.3 Autres preuves avec le théorème de Gauss
124Défis
1244Le potentiel.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.1 L"énergie potentielle électrique (UE)125
4.1.1 L"énergie potentielle électrique
1254.1.2 Quelques rappels
1274.1.2.1 L"énergie mécanique
1274.1.2.2 Le principe de conservation de l"énergie
1274.2 Le potentiel (V)128
4.2.1 Définition du potentiel
1284.2.2 Unité du potentiel
1294.2.3 Les objets chargés font un potentiel autour d"eux
1294.2.4 Le potentiel fait par une sphère et par une charge ponctuelle
1294.2.5 Les surfaces équipotentielles
1304.2.5.1 Définition
1304.2.5.2 Surfaces équipotentielles d"une sphère chargée ou d"une charge ponctuelle
1304.2.6 Calcul de l"énergie potentielle d"une charge ponctuelle
1314.2.7 Potentiel fait par plusieurs charges ponctuelles
1314.3 Potentiel et champ électrique
1344.3.1 Le champ électrique fait changer le potentiel
1344.3.2 Le potentiel change quand il y a un champ électrique
1344.3.3Les surfaces équipotentielles sont perpendiculaires aux lignes de champ électrique 135
4.3.4 Direction du champ électrique
1374.3.5 Mouvement des charges
1374.4 Le potentiel fait par un objet chargé
1384.4.1 Calculer le potentiel en séparant l"objet en petits morceaux
1384.4.1.1 Potentiel vis-à-vis du bout d"une tige uniformément chargée
1394.4.1.2 Potentiel vis-à-vis du milieu d"une tige uniformément chargée
1404.4.1.3 Potentiel au centre de courbure d"une tige uniformément chargée
1414.4.1.4 Potentiel le long de l"axe d"un anneau
1424.4.2 Calculer le potentiel en utilisant la formule du champ électrique de l"objet (symétrie sphérique ou cylindrique) 143
4.4.2.1 Potentiel à une distancerdu centre d"une sphère chargée. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.4.2.2 Potentiel d"une tige infinie
1454.4.2.3 Potentiel avec un champ uniforme
1464.4.2.4 Note sur les potentiels des tiges et plaques infinies
1474.4.3 Potentiel fait par plusieurs objets chargés
1484.5 Utilisation des formules de potentiel pour résoudre des problèmes
1484.6 Énergie potentielle d"un objet chargé dans un champ électrique
1534.7 Différence de potentiel à partir du champ
1554.7.1 La variation de potentiel entre deux points dans un champ électrique uniforme
1564.7.2 Différence de potentiel entre deux plaques
1584.7.3 L"électronvolt
1594.7.4 Calcul deDVsiEouqchange. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.7.5 Calcul deDVsiEouqchange constamment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4.8 Champ électrique à partir du potentiel
1634.8.1 Le champ électrique le long de l"axe d"un anneau
1654.8.2 Interprétation graphique
1664.9 L"énergie potentielle électrique d"un groupe de charges
1664.9.1 La formule de l"énergie
1664.9.2 Quelle énergie faut-il calculer?
1684.9.3 Calcul de l"énergie avec des objets chargés
1724.10 Le potentiel d"un conducteur chargé
1724.10.1 Potentiel d"une sphère conductrice chargée
1734.10.2 Énergie électrique des charges d"un conducteur
1754.10.3 Le champ électrique à la surface du conducteur
1754.11 Historique de la notion de potentiel
1774.11.1 Henry Cavendish et la distribution des charges dans un conducteur
1774.11.2 La tension de Volta
1784.11.3 Le calcul de la force à partir deV.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
4.11.4 La synthèse
1794.12 La densité d"énergie du champ électrique
1794.12.1 La formule de la densité d"énergie
1794.12.2 Interprétation de l"énergie du champ électrique
1804.13 La deuxième équation de Maxwell
1824.13.1 La cage de Faraday
1834.14 Exercices
1844.1 L"énergie potentielle électrique
1844.2 Le potentiel
1844.4 Le potentiel fait par un objet chargé
1864.5 Utilisation des formules de potentiel pour résoudre des problèmes
1 874.6 Énergie potentielle d"un objet chargé dans un champ
1884.7 Différence de potentiel à partir du champ
1894.8 Le champ électrique à partir du potentiel
1914.9 L"énergie électrique d"un groupe de charges
1914.10 Le potentiel d"un conducteur chargé
1924.11 La densité d"énergie du champ électrique
1924.15 Réponses
1934.1 L"énergie potentielle électrique
1934.2 Le potentiel
1934.4 Le potentiel fait par un objet chargé
1934.5 Utilisation des formules de potentiel pour résoudre des problèmes
19 34.6 Énergie potentielle d"un objet chargé dans un champ
1934.7 Différence de potentiel à partir du champ
1934.8 Le champ électrique à partir du potentiel
1944.9 L"énergie électrique d"un groupe de charges
1944.10 Le potentiel d"un conducteur chargé
1944.11 La densité d"énergie du champ électrique
194IIÉlectrocinétique
5Le courant et la résistance.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
5.1 La définition du courant
1975.1.1 Comment les charges peuvent-elles se déplacer dans certaines substances?
1985.1.1.1 Les métaux
1995.1.1.2 Les ions dans des solutions et des gaz
1995.1.2 Le sens du courant
1995.1.3 Le champ électrique dans le fil
2005.1.4 Autre unité de charge
2015.2 La vitesse de dérive
2015.3 La résistance
2035.3.1 Définition de la résistance
2035.3.2 De quoi dépend la résistance d"un objet?
2055.3.3 Le champ électrique et la résistivité
2075.4 La puissance électrique
2085.4.1 La formule de la puissance
2085.4.2 Une autre unité d"énergie
2095.4.3 La température de la résistance
2105.4.4 L"ampoule
2115.4.5 Chauffage par effet Joule
2125.4.6 Les fusibles
2135.5 La résistance en fonction de la température
2135.5.1 Comment varie la résistivité avec la température
2135.5.1.1 Métaux
2145.5.1.2 Semi-conducteurs
2155.5.1.3 Formule de la variation de la résistivité avec la température
2155.5.2 La loi d"Ohm
2175.5.3 La supraconductivité
2185.6 Exercices
2195.1 La définition du courant
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