Electromagnetisme








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titreElectromagnetisme
date de publication03.07.2017
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MP* 1 Interrogations de physique et chimie

quinzaine 7 du 9 au 13 / 01 / 17 (semaine A)



ELECTROMAGNETISME : 
Intensité du courant électrique, densité de courant, conservation de la charge électrique, conservation du flux de j en régime permanent. Densité surfacique de courant. Forme locale de la loi d’Ohm. Densité volumique de puissance Joule.

  • Force de Lorentz exercée sur une particule chargée, densité volumique de force de Lorentz et densité volumique de puissance associée

  • Equations de Maxwell , incompatibilité avec la relativité galiléenne . Discontinuités de E et B à la traversée d’une interface.

  • Régimes permanents et approximation des régimes quasi-permanents ; potentiels, formules de la magnétostatique ; champ électrique variable dans l’ARQP.


Magnétostatique : cours et exercices
la formule de Biot et Savart n’est plus au programme

Utilisation des plans de symétrie et d’antisymétrie des sources de B permanent.

Champs magnétiques créés par des courants permanents : fil illimité (théorème d’Ampère), carte des lignes de champ d’une spire circulaire et applications (bobines de Helmholtz, solénoïde), limite du solénoïde illimité, nappe plane illimitée de courant superficiel uniforme etc...

Champ dipolaire magnétique, analogie avec le dipôle électrostatique (démonstrations hors programme); moment magnétique d’un circuit fermé filiforme à une ou plusieurs mailles, d’une bobine. Moment subi par un dipôle magnétique placé dans un champ B extérieur. Aucune formule donnant la résultante des forces exercées sur un dipôle magnétique dans un champ non uniforme n’est au programme ; l’énergie potentielle d’un dipôle magnétique rigide dans un champ extérieur permanent M.B est admise.

(étude du document sur le moment magnétique atomique, facteur de Landé, expérience de Stern et Gerlach)
Induction électromagnétique : cours et exercices simples
La notion de champ électromoteur n’est plus au programme

Expériences de mise en évidence, loi de Lenz. Existence des courants de Foucault.

Circuit fixe dans B variable, fém induite, loi de Faraday. Auto-induction, coefficient d’inductance propre. Couplage de 2 circuits par induction mutuelle, coefficient d’inductance mutuelle 

Déplacement d’un conducteur dans B , cas où B est extérieur et permanent, relation entre fém induite et puissance des forces de Laplace pour une portion de circuit filiforme, loi de Faraday pour un circuit fermé . Loi de Faraday dans le cas général (admise).

Exercices sur le couplage électromécanique : « rails de Laplace »

Energie électromagnétique: cours

Identité de Poynting (démonstration non exigible), signification : densité volumique d’énergie électromagnétique associée au champ (E ,B), vecteur de Poynting. Exemples : cylindre conducteur en régime permanent.

Propagation : cours seulement


Ondes électromagnétiques planes dans le vide, transversalité des champs, structure de l’onde plane progressive, transport d’énergie (dépendance temporelle quelconque). OPPM électromagnétiques: vecteur d’onde, représentations complexes et polarisations, valeur moyenne du vecteur de Poynting (flux surfacique normal). Production et analyse d’une lumière polarisée rectilignement: polariseur, analyseur, loi de Malus. Les lames à retard demi-onde et quart d’onde ne sont plus au programme.

Notions sur la cohérence temporelle des ondes lumineuses, causes d’élargissement des raies spectrales. « paquets d’ondes », représentation par une intégrale de Fourier, relation qualitative t ~1 (aucune notion mathématique sur les propriétés de la transformation de Fourier ne peut être exigée)

Questions de cours sur le programme 7A (liste non exhaustive) :



  • Densité de courant électrique. Ordres de grandeur.

  • Conservation de la charge électrique (formes « intégrale » et locale), propriétés de la densité de courant en régime permanent.

  • Loi d’Ohm locale, conductivités électriques, ordres de grandeur.

  • Analogie entre conduction thermique et électrique en régime permanent.

  • Force de Lorentz, densité de force de Lorentz ; forces de Laplace. Densités volumiques de puissance associées.

  • Equations de Maxwell, incompatibilité avec la relativité galiléenne .

  • Discontinuités de E et B à la traversée d’une interface (relations de « passage »).

  • Approximation des régimes quasi-permanents, conséquences. Formules de la magnétostatique.

  • Le champ électrique variable dans l’ARQP.

  • Champ B créé par un fil illimité

  • Champ B créé par un solénoïde illimité.

  • Mise en évidence des phénomènes d’induction électromagnétique, loi de Lenz.

  • Courants de Foucault : définition, manifestations, applications.

  • Circuit fixe placé dans B variable, loi de Faraday.

  • Auto-induction.

  • Inductance propre d’un solénoïde long

  • Coefficient d’inductance mutuelle de 2 circuits.

  • Induction par déplacement d’un conducteur dans un champ magnétique

  • Déplacement d’un circuit filiforme dans un champ B permanent, loi de Faraday

  • Exemples de couplage électromécanique (rails de Laplace, roue de Barlow)

  • Identité de Poynting (démonstration non exigible), signification : densité volumique d’énergie électromagnétique associée au champ (E ,B), vecteur de Poynting.

  • Structure de l’onde plane électromagnétique progressive dans le vide, transport d’énergie

  • OPP électromagnétiques sinusoïdales dans le vide: polarisations, représentation complexe des champs E et B, valeur moyenne du vecteur de Poynting (flux surfacique normal).

  • Caractère limité de la cohérence temporelle des ondes lumineuses « monochromatiques », causes d’élargissement des raies spectrales.

  • Production et analyse d’une lumière polarisée rectilignement: polariseur, analyseur, loi de Malus.

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