Cours délectromagnétisme – femto-physique.fr
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COURS DE PHYSIQUE
FÉLECTROMAGNÉTISME
JIMMYROUSSEL
2020 -
femto-physique.frCours d"électromagnétisme -femto-physique.fr JIMMYROUSSEL, professeur agrégé à l"Ecole Nationale Supérieure de Chimie de
Rennes
Copyright© 2020 Jimmy Roussel
Ce document est sous licenceCreative Commons"Attribution - Pas d"Utilisation Commerciale 3.0 non transposé (CC BY-NC 3.0)». Pour plus d"informations :https :creativecommons.orglicensesbync3.0 Ce document est réalisé avec l"aide deKOMA-ScriptetL ATEXen utilisant la classe kaobook 1 reédition -Nov. 2015 Version en ligne -femto-physique.fr/electromagnetismePrefaceCe cours a pour objectif d"introduire les phénomènes électromagnétiques dans le vide
et dans la matière. La première partie se concentre sur les phénomènes stationnaires, pour lesquels les effets magnétiques et électriques sont découplés. Dans la deuxièmepartie on s"intéresse plus particulièrement à l"électrocinétique, ce qui nous obligera à
faire une petite digression du côté des phénomènes lentement variables dans le temps. La troisième partie s"intéresse au phénomène d"induction et aux équations de Maxwell, dont une conséquence importante est l"existence d"ondes électromagnétiques dans le vide. Enfin, une dernière partie est consacrée aux phénomènes électromagnétiques dans la matière. Ce cours s"adresse plus particulièrement à des étudiants de premier cycle universitaire ou élèves des CPGE. Les candidats au CAPES ou à l"Agrégation peuvent y trouverégalement matière à réflexion.
J"ai essayé le plus possible d"illustrer les différentes notions par des exemples ou de simples exercices. Mais pour un entraînement plus poussé, j"invite le lecteur à se procurer les eBooks suivants : •Électromagnétisme 1rePartie - 83 exercices et problèmes corrigés; •Électrocinétique - 50 exercices et problèmes corrigés. disponibles à l"adresse payhip.com/femto Remarque : ce recueil est en cours d"élaboration ce qui explique la présence de certains chapitres encore inactifs.Jimmy Roussel
Table des matières
Prefaceiii
Table des matières
vÉLECTROSTATIQUE ET MAGNÉTOSTATIQUE1
1 INTERACTION ÉLECTROSTATIQUE
31.1 Loi de Coulomb
31.2 Le champ électrique
62 POTENTIEL ET ÉNERGIE ÉLECTRIQUES
132.1 Potentiel électrostatique
132.2 L"énergie électrostatique
173 LE DIPÔLE ÉLECTRIQUE
213.1 L"approximation dipolaire
213.2 Interactions dipolaires
264 CONDUCTEURS ÉLECTRIQUES
314.1 Conduction électrique
314.2 Conducteur en équilibre
354.3 Notion de capacité
395 INTERACTIONS MAGNÉTIQUES
455.1 Les aimants
455.2 Force de Lorentz
465.3 Interaction avec les courants
516 CHAMP B CRÉÉ PAR DES COURANTS ÉLECTRIQUES
576.1 Loi de Biot et Savart
576.2 Champ dipolaire
62ÉLECTROCINÉTIQUE67
7 ÉTUDE DES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES
697.1 Lois de l"électrocinétique
697.2 Phénomènes résistifs
737.3 Dipôles actifs
757.4 Phénomènes capacitifs
807.5 Phénomène d"auto-induction
8489
8.1 Signaux périodiques
898.2 Impédance et admittance
948.3 Puissance en régime forcé
979 FILTRAGE101
ÉQUATIONS DEMAXWELL DANS LE VIDE103
10 PROPRIÉTÉS LOCALES DU CHAMP ÉLECTROSTATIQUE
10510.1 Théorème de Gauss
10510.2 Circulation du champ
11210.3 Potentiel électrique
11610.4 Énergie électrostatique
12111 PROPRIÉTÉS DU CHAMP MAGNÉTOSTATIQUE
12711.1 Théorème d"Ampère
12711.2 Flux du champ
13111.3 Potentiel vecteur
13311.4 Relations de passage
13711.5 Résumé
14012 PHÉNOMÈNE D"INDUCTION MAGNÉTIQUE
14313 ÉQUATIONS DE MAXWELL
145Références
147Notations
148Grandeurs et constantes physiques
149Table des figures
1.1 Expérience 1
41.2 Plus la baguette se rapproche de l"électroscope, plus les aiguilles s"écartent.
41.3 Répulsion ou attraction électrostatique
41.4 Expérience de Coulomb
61.5 Distribution de#charges@8placées en P8.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 Ligne de champC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
1.7 Carte de champ d"une charge ponctuelle positive.
81.8 Carte de champ d"un doublet électrostatique.
81.9 Carte de champ d"un système de 2 charges positives.
81.10 Distribution présentant un plan de symétrie.
81.11 Distribution présentant un plan d"anti-symétrie.
91.12 Calcul du champ créé par un segment chargé
102.1 Travail de la force électrostatique.
132.3 Les équipotentielles coupent les lignes de champ à angle droit.
162.2 Représentations d"un champ scalaire.
162.4 Distribution de#charges ponctuelles.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1 Doublet électrostatique
213.2 Distribution de#charges ponctuelles.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3 Lignes de champ et équipotentielles créées par un dipôle.
263.4 Dipôle rigide dans un champ uniforme.
273.5 Profil énergétique
273.6 Potentiel de Lennard-Jones.
304.1 Calcul du débit de charge traversant une section.
324.2 Modèle de Drude.
334.3 Cylindre conducteur.
344.4 Champ au voisinage de la surface d"un conducteur.
364.5 Flux du champ électrique d"une charge ponctuelle à travers une sphère
374.6 Influence partielle. ©2004 Thomson - Brooks/Cole
414.7 Effets de bords d"un condensateur plan
414.8 Fabrication d"un condensateur plan réel
425.1 Aiguille aimantée
455.2 Interactions entre aimants.
455.3 Spectre magnétique
465.4 Déflexion magnétique.
475.5 Force magnétique.
475.6 Mouvement hélicoïdal d"une particule dans un champ magnétique
485.7 Principe du cyclotron (la charge est négative ici).
495.8 Principe du spectromètre de masse
505.9 Notations pour la force de Laplace.
515.10 Effet Hall
525.11 Circuit électrique rectangulaire en mouvement dans un champ magnétique.
535.13 Moment dipolaire magnétique
555.12 Illustration de la règle du flux maximum.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.14 Dipôle rigide dans un champ uniforme.
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