Cours electromagnetisme bcg mip
Cours electromagnetisme bcg mip
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| Cours electromagnetisme mip s4 smc pdf |
Bonjour cher étudiant voilà le Cours electromagnetisme bcg mip s1 smc pdf et vous pouvez le télécharger en format pdf, L’électromagnétisme est un domaine très vaste le premier chapitre sur l’électrostatique, qui normalement est considéré comme étant la connaissance de base pour chaque étudiant qui entame le . Ensuite, dans le chapitre deux, je présente l’électrocinétique dans les règles fondamentales et non pas approfondies. Car, il est impossible de tout citer dans ce polycopie. Etant donné qu’il existe d’ores et déjà des polycopiés et des manuels, qui ont déjà traitées une grande partie de l’électromagnétisme.
Lois fondamentales en électrotechnique
Les phénomènes qui interviennent en électrotechnique sont basés sur trois lois :
- la loi de Biot et Savart ou le théorème d'Ampère.
- l'expression de la force de Laplace (ou de Lorentz).
- la loi de l'induction de Faraday et de Lenz.
Les équations de Maxwell contiennent ces trois lois en faisant intervenir des opérateurs vectoriels assez complexes (divergence, rotationnel). Dans le domaine de l'électrotechnique, ces équations peuvent être envisagées plus simplement. En effet, d'une part les fréquences sont assez faibles (50 ou 60 Hz), d'autre part, il n'y a pas de champ électrostatique important, on peut donc négliger le "courant de déplacement" .
Dans les paragraphes qui vont suivre, on verra apparaître le vecteur "excitation magnétique" H et le vecteur "champ magnétique" B . Le module du vecteur excitation magnétique ne dépend, comme nous allons le voir dans le paragraphe suivant, que de la géométrie du fil conducteur du courant i et de l'intensité du courant électrique i. Le module du vecteur champ magnétique dépend à la foi de H et du milieu matériel dans lequel H apparaît.
Un chapitre sera consacré à la différence entre les deux vecteurs. On peut dès à présent essayer de les distinguer au moyen d'une analogie. Envisageons un ressort spiral (ressort à boudin) que l'on comprime jusqu'à ce que les spires soient jointives. Si nous le laissons se détendre dans l'air, en relâchant très brusquement la pression exercée, le ressort retrouve sa forme initiale instantanément. Si, maintenant, nous le laissons se détendre, tout aussi brusquement, dans du miel assez visqueux, le ressort ne se détendra pas aussi rapidement que dans l'air. La cause de la détente, identique dans les deux cas (même coefficient de raideur, même écart initial entre les spires) peut être rapprochée de l'excitation magnétique H . L'effet, la rapidité de l'expansion du ressort, qui dépend de la viscosité du matériau dans lequel a lieu la détente, peut être assimilée à B .
Charges Electriques, Champ Electrique
Les particules elementaires, qui representent les ultimes grains d’energie, sont pour la plupart porteuses d’une charge electrique, grandeur fondamentale qui leur confere la faculte d’avoir des interactions electromagnetiques. Ainsi, l’electron, dont le nom est a l’origine du mot electricite, porte la charge (en unite S.I.) −e = −1.6 10−19C (C est le symbole de l’unite de charge electrique, le Coulomb). Cette charge est, jusqu’a present, la plus petite qui ait ete directement detectee10 .
Toute autre charge est egale en valeur absolue a un nombre entier de fois cette charge elementaire : on dit que la charge est quantifiee11. Le proton, le muon positif, le pion positif portent la charge +e. Le neutron et le photon ont une charge nulle, ce qui ne signifie pas pour autant qu’ils n’ont pas d’interactions electromagn´etiques : le photon est en fait le mediateur de ces interactions, et le neutron possede un moment magnetique qui en fait un petit aimant capable d’avoir des interactions magnetiques (le proton a aussi un moment magnetique, mais son interaction proprement electrique est preponderante).
Le neutrino a une charge nulle et n’a pas d’interaction electromagnetique directe, ce qui le rend difficilement detectable. Un atome comprend un noyau autour duquel gravitent des electrons. Si Z est le numero atomique du noyau (c’est son numero dans la classification periodique des elements), ce dernier est constitu´e de Z protons et d’un certain nombre N de neutrons, la cohesion des protons et des neutrons dans le noyau etant assuree par les interactions nucleaires.
L’atome etant electriquement neutre a l’etat ordinaire, Z electrons gravitent donc autour de son noyau. Un atome qui a perdu des electrons est devenu un ion positif. L’Electrostatique est le chapitre de l’Electromagnetisme qui etudie les interactions entre charges immobiles ou ayant de tres faibles vitesses en comparaison de la celerite de la lumiere.
Champ et potentiel-vecteur magnetostatiques
Les interactions magnetiques sont des interactions a distance entre particules chargees en mouvement relatif. Elles sont decrites par un champ vectoriel, le champ magnetique. On con¸coit des lors qu’un tel champ puisse etre produit par un courant de charges dans un conducteur, mais on sait qu’un aimant est aussi source de champ magnetique. On peut rendre compte de cette seconde possibilite dans le cadre du “modele amperien” du magnetisme, qui interprete les proprietes magnetiques de certains milieux en termes de courants microscopiques.
En effet, a l’echelle microscopique, le mouvement des electrons autour de son noyau fait que chaque atome se comporte comme une petite boucle de courant, creatrice de champ magnetique : c’est le magnetisme dit orbital. Dans la matiere non aimantee, ces mouvements ne font apparaitre aucune direction privilegiee, et annulent statistiquement leurs effets. Par contre, dans la matiere aimantee, qui peut l’etre spontanement ou par la presence d’un champ magnetique exterieur, il existe une orientation preferentielle de ces boucles de courants microscopiques. Il y a alors compensation incomplete des effets, ce qui provoque une aimantation a l’echelle macroscopique. A ce type de magnetisme peut se superposer celui provenant du fait que certaines particules possedent un moment magnetique permanent (magnetisme de spin).
Electrostatique des dielectriques
Un dielectrique parfait est un milieu isolant ne comportant aucune charge mobile. Bien que neutre a l’echelle macroscopique, ce milieu possede neanmoins des proprietes electriques qui se revelent lorsqu’on le soumet a un champ electrique. Celles-ci sont bien sur imputables aux porteurs de charges microscopiques qui, lies entre eux, forment la substance du milieu et sur lesquels un champ electrique peut agir .
Prenons l’exemple d’un atome. Sa charge positive, due aux protons, est concentree dans son noyau que l’on peut considerer ici comme ponctuel. La charge negative, qui compense globalement celle des protons, est due aux electrons repartis spatialement autour du noyau et ce, de fa¸con uniforme lorsque l’atome est dans son etat fondamental. Dans cet etat, le moment dipolaire electrique de l’atome est nul. L’action d’un champ electrique sur ces charges se traduit par des deplacements des electrons d’une part, et du noyau d’autre part, en sens opposes. Il en resulte une nouvelle r´epartition des charges negatives, qui restent liees au noyau, et pour laquelle l’atome acquiert un moment dipolaire non nul. Les moments dipolaires ainsi induits dans la matiere sont susceptibles de produire a leur tour un champ electromagnetique qui va profondement modifier la structure du champ en tout point .
Forces et energie magnetiques
Expression selon le type de distribution : Nous avons precedemment rappele que des lors qu’une charge electrique est en mouvement dans un champ magnetique, elle est soumise a la force de Lorentz Fe = q u ∧ B .
Lorsque ce deplacement correspond au courant des electrons libres a l’interieur d’un conducteur aux bornes duquel on a impose une difference de potentiel et qu’on a place dans un champ magnetique exterieur, l’ensemble des forces de Lorentz agissant sur les electrons est transmis par ceux-ci, par leurs collisions multiples, a toute la matiere du conducteur. Ce dernier se voit alors soumis a une force macroscopique pouvant provoquer son deplacement. Cette force est appelee force de Laplace .
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