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LES MANUELS VISUELS

POUR LA LICENCE

Électro-

magnétisme

Élec

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9782100780846conception graphique de la couverture : hokus pokus créations

9782100780846_FM.indd 23/8/19 2:29 AM

table des matières

ȉ Vi

Ȓ Viii

remerciements 1 1

CHAPITRE

OUTILS MATHÉMATIQUES 2

1

Éléments de calcul vectoriel 4

2

Principaux systèmes de coordonnées 5

3

Notions élémentaires sur les champs 9

4 14 2

CHAPITRE

DISTRIBUTIONS DE CHARGES 24

1

La charge électrique 26

2

Distributions de charges 28

3

CHAPITRE

LE CHAMP ÉLECTROSTATIQUE 36

1

La loi de Coulomb 38

2

Le champ électrostatique 40

3 Propriétés de symétrie du champ électrostatique 44 4

CHAPITRE

THÉORÈME DE GAUSS 54

1

Théorème de Gauss 56

2

Forme locale du théorème de Gauss 61

5

CHAPITRE

ÉNERGIE ET POTENTIEL ÉLECTROSTATIQUE 66

1

Potentiel électrostatique 68

2

Relation entre champ et potentiel 69

3

Lignes de champ et équipotentielles 75

4 Aspects énergétiques liés à l'électrostatique 78 6

CHAPITRE

CONDUCTEURS EN ÉQUILIBRE ÉLECTROSTATIQUE 90 1

Propriétés générales 92

2

Champ au voisinage d'un conducteur chargé 93

3 94
4

Les condensateurs 96

iii

9782100780846_FM.indd 33/8/19 2:29 AM

7 chapitre

LE DIPÔLE ÉLECTROSTATIQUE 104

1 potentiel électrostatique créé par un dipôle 106 2

Généralisation 107

3 champ électrostatique créé par un dipôle 112 4

Lignes de champ et équipotentielles 113

5 Dipôle plongé dans un champ électrostatique 114 8 chapitre

COURANT ET RÉSISTANCE ÉLECTRIQUES 126

1

Le courant électrique 128

2

Distributions limites de courant 131

3

Milieux conducteurs ohmiques 132

9 chapitre

FORCES MAGNÉTIQUES 142

1

Le champ magnetostatique 144

2 Mouvement d'une particule chargée dans un champ magnétostatique 146 3 action d'un champ magnétostatique sur un conducteur parcouru par un courant 149

LE CHAMP MAGNÉTOSTATIQUE

158
1

La loi de Biot et Savart 160

2 propriétés du champ magnétostatique 165 3 Équations de passage du champ magnétostatique 169 4 topographie du champ magnétostatique 171

LE DIPÔLE MAGNÉTOSTATIQUE 178

1

Moment dipolaire magnétique 180

2 champ magnétostatique créé par un dipôle 180 3

Dipôle rigide dans un champ appliqué 182

4

Sources du magnétisme dans la matière 183

5

Le champ magnétique terrestre 186

Corrigés 195

Annexe 225

Lexique Français-Anglais 227

Index 230

Crédits iconographiques 232

10 chapitre 11 chapitre IV

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Je suis professeur agrégé de physique à l'université rennes 1. J'enseigne en particulier l'électromagnétisme du vide et des milieux, la thermique et la mécanique dans les licences de physique et de physiquechimie. J'interviens également dans les préparations disciplinaires aux concours de recrutement des enseignants (capeS et agrégation).

Christophe Cappe

V

9782100780846_FM.indd 53/8/19 2:29 AM

L'aiguille aimantée de cette boussole s'aligne selon la direction de la composante horizontale du champ magnétique terrestre. Que ce soit à l'échelle atomique comme à celle du noyau

terrestre, les champs créés par l'aiguille et la terre peuvent être décrits par des boucles de

courant, appelées dipôles magnétiques. comme nous le verrons dans ce chapitre, un dipôle

son comportement dans un champ appliqué.

Pour bien démarrer

Plusieurs réponses peuvent être correctes.

1. Les lignes du champ

magnétostatique créé par une spire circulaire d"axe Ouz parcourue par un courant : a. sont parallèles à l"axe Ou z b. s"enroulent autour de la spire ; c. sont orientées par un tire-bouchon qu"on tourne l"intensité du courant.

2. Une boussole, assimilée à petite

aiguille aimantée pouvant tourner librement autour d"un axe vertical, est dirigée vers : a. le pôle Sud géographique ; b. le pôle Nord géographique ; c. le pôle Sud magnétique.

3. Le spin d"un électron atomique :

a. est homogène à un moment cinétique ; b. traduit classiquement le mouvement orbitalaire de l"électron autour du noyau ; c. est une propriété purement quantique.

4. Le champ magnétique terrestre :

a. est dû à l"aimantation de la

Terre ;

b. est dû à des courants de convection dans le noyau de la Terre ;

Le dipôle magnétostatique

11

CHAPITRE

réponses page XXX

178179

Objectifs de ce chapitre

șConnaître les conditions de l"approximation dipolaire. ș Exprimer le moment dipolaire magnétique d"une boucle plane de courant stationnaire. șUtiliser l"expression du champ créé par un dipôle magnétostatique.

ș Calculer les actions mécaniques subies par un dipôle magnétostatique rigide et son énergie potentielle d"interaction dans un champ

appliqué stationnaire. șDécrire classiquement l"origine de l"aimantation d"un milieu matériel. șDécrire le champ géomagnétique réduit à sa composante dipolaire.

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1 La loi de CoulombChapitre 3 Le champ électrostatique

La loi de Coulomb1

P1(q1)r

12

P2(q2)

u1/2 F1/2

OE?θ

Figure 3.1

Force d'interaction

entre deux charges ponctuelles. OE uPi/M FPi/M M q

Pi(qi)

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