Électromagnétisme

Table des matières

Introduction : Systèmes de Coordonnées et Analyse Vectorielle

1. Repérages de position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Repérage cartésien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Repérages cylindrique et sphérique associés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Bases locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Fonctions de point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Circulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Opérateurs différentiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Gradients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Divergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Rotationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Laplaciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Théorèmes d'Analyse vectorielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Cas de nullité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Propriétés de la dérivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Théorèmes intégraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Distribution de Dirac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices de l'introduction

1. Calcul de lignes de champ et de circulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Calcul de flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Calcul de gradient et application au calcul d'une circulation . . . . . . . . . . . .

4. Étude d'un champ vectoriel uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Calcul d'une divergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Calcul d'un rotationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Calcul du rotationnel d'un champ de vitesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Application du théorème de Stokes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Application du théorème d'Ostrogradski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

I. Le champ électrostatique dans le vide

1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. La loi de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Le champ électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Les modélisations des charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Les propriétés de symétrie du champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Invariances de la distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Plans de symétrie de la distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Le théorème de Gauss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. L'équation de Maxwell - Gauss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Le théorème de Gauss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre I

1. Champ créé par un doublet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Champ créé sur son axe par un disque plan uniformément chargé . . . . . . . .

3. Champ créé par un fil rectiligne infini uniformément chargé . . . . . . . . . . . .

4. Influence des symétries sur le champ électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Influence des invariances sur le champ électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Distribution de charges à symétrie sphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Distribution de charges à symétrie cylindrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Champ créé par un plan épais chargé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Théorème de Gauss pour une charge ponctuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Champ créé par une sphère chargée en volume, avec cavité sphérique . . .

 

II. Conséquences de la loi de Coulomb

1. Le potentiel scalaire électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définition du potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Relations entre le champ et le potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Équation de Poisson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Extréma du potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

e. Relations de passage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Le dipôle électrique actif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définition du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Potentiel et champ créés à grande distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. L'analogie gravitationnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre II

1. Potentiel créé par un disque plan uniformément chargé . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Champ et potentiel créés par un cylindre long chargé en volume . . . . . . . . .

3. Équation de Poisson et Potentiel de Yukawa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Moment dipolaire, potentiel et champ créés par une sphère de glissement

5. Champ gravitationnel créé par un ellipsoïde massique homogène . . . . . . . .

 

III. Conducteurs en équilibre électrostatique

1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Propriétés de l'équilibre électrostatique des conducteurs . . . . . . . . . . . . . .

a. Propriétés élémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Théorème de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Théorèmes de superposition et d'unicité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Coefficients d'influence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Caractérisation d'un état d'équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Coefficients d'influence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Propriétés de la matrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Condensateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Capacité d'un condensateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre III

1. Sphère métallique seule dans l'espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Cavité dans un conducteur creux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Image électrostatique d'une charge ponctuelle devant un plan équipotentiel

4. Sphère métallique dans un champ extérieur uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Influence mutuelle de deux sphères métalliques placées à grande distance

6. Étude d'un condensateur plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Étude d'un condensateur cylindrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Étude d'un condensateur sphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Étude d'un condensateur diédrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

IV. Forces électrostatiques et énergie électrostatique

1. Énergie électrostatique d'un système de charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Détermination de l'énergie électrostatique d'un système de charges . . . . .

c. Une charge agit-elle sur elle-même ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Localisation de l'énergie électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Énergie des systèmes de conducteurs en équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Expressions de l'énergie électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Déplacement d'un conducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Travail des forces électrostatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Cas des déplacements à potentiels constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Pression électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définition et calcul de la pression électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Lien avec le théorème de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Calcul direct du torseur des forces électrostatiques . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre IV

1. Énergie d'une sphère uniformément chargée en volume . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Constitution progressive d'une sphère uniformément chargée . . . . . . . . . . . .

3. Énergie et forces électrostatiques dans un condensateur plan . . . . . . . . . . . .

4. Énergie électrostatique d'une sphère de charge non uniforme . . . . . . . . . . . .

5. Calcul de l'énergie électrostatique d'un système de deux conducteurs . . . . .

6. Calcul énergé,tique de la capacité d'un condensateur conique . . . . . . . . . . .

7. Force entre armatures du condensateur plan (première méthode) . . . . . . . . .

8. Couple entre armatures du condensateur diédrique (première méthode) . . .

9. Force et couple entre armatures de condensateurs (deuxième méthode) . . . .

10. Pression électrostatique sur une moitié de sphère métallique seule . . . . . .

11. Force exercée sur une moitié de sphère équipotentielle
      dans un champ extérieur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12. Force électrostatique sur un conducteur à charge répartie en épaisseur . . .

13. Calcul direct du couple entre armatures du condensateur diédrique . . . . . .

 

V. Forces magnétiques et dipôles passifs

1. introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Force de Lorentz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Symétries positives du champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Symétries négatives du champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Descriptions du courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Densité volumique de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Densité surfacique de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Courants filiformes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

e. Expressions de la force de Lorentz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

f. Conservation de la charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

g. Équation de continuité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Courants dans les conducteurs ohmiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Loi d'Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Charges dans les conducteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Champ de Hall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Force de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Dipôles passifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Efforts mécaniques subis par un dipôle passif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Énergie potentielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre V

1. Courants surfacique et volumique en géométrie cylindrique . . . . . . . . . . . .

2. Courants radiaux dans une géométrie sphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Modèle à chocs statistiques pour la loi d'Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Calcul de la résistance d'un conducteur cylindrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Calcul de la résistance de fuite d'un condensateur cylindrique . . . . . . . . . . .

6. Différence de potentiel de Hall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Magnétorésistance de Hall en géométrie cylindrique . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Déterminations du moment magnétique d'une sphère tournante chargée . . . .

9. Oscillations d'un aimant permanent dans un champ magnétique uniforme

10. Positions relatives d'équilibre stable de deux dipôles rigides oscillants

 

VI. Équations de base de la magnétostatique

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. La loi de Biot et Savart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Énoncé de la loi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Symétries du champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Invariances du champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Le potentiel vecteur magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Conservation du flux magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Le potentiel vecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Expressions du potentiel vecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Le théorème d'Ampère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. L'équation de Maxwell - Ampère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Le théorème d'Ampère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Relations de passage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre VI

1. Champ magnétique créé par un fil rectiligne infini parcouru par un courant

2. Champ magnétique créé par une spire plate sur son axe . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Champ magnétique créé par une nappe plane de courants surfaciques . . . . .

4. Influence des symétries sur la nature des lignes de champ magnétique . . . . .

5. Influence des invariances sur le champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Étude des bobines de Helmholtz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Potentiel vecteur d'un fil rectiligne infini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Potentiel vecteur d'une nappe plane de courants surfaciques . . . . . . . . . . . .

9. Potentiel vecteur d'une spire plane en un point de son axe . . . . . . . . . . . . . .

10. Champ magnétique créé par un fil rectiligne
      parcouru de courants volumiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Champ magnétique créé par un fil rectiligne
      parcouru de courants surfaciques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12. Champ et potentiel vecteur créés par un solénoïde . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13. Champ magnétique et densité surfacique de courant pour un tore bobiné

 

VII. Magnétostatique des circuits filiformes

1. Dipôle magnétique actif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Potentiel vecteur créé à grande distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Champ magnétique créé à grande distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Travail et énergie potentielle des forces de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Travail des forces de Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Flux coupé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Circuits fermés dans un champ permanent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Interaction de plusieurs circuits filiformes fermés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Inductance propre, inductance mutuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Énergie magnétostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Énergie d'un système de circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Densités volumiques d'énergie magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre VII

1. Comparaison d'une spire plate et d'un dipôle actif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Champ et potentiel vecteur créé par une sphère chargée en rotation . . . . . .

3. Interaction entre un fil rectiligne et une spire rectangulaire . . . . . . . . . . . . .

4. Application du théorème de Maxwell : calcul d'un flux coupé . . . . . . . . . . .

5. Application d'une variation de flux à un calcul de force de Laplace . . . . . .

6. Spire plate tournant dans un solénoïde infini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Inductances propres et mutuelles de deux solénoïdes (méthodes directes)

8. Inductance propre d'une ligne électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Inductances propres et mutuelles de deux solénoïdes (méthode énergétique)

10. Inductance propre d'un câble coaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

VIII. Induction électromagnétique

1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Le phénomène d'induction électromagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Un exemple d'induction de Lorentz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Un exemple d'induction de Von Neumann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Loi de Lenz et champ électromoteur dans le cas de Lorentz . . . . . . . . . . .

d. Loi de Lenz et champ électromoteur dans le cas de Von Neumann . . . . . .

e. Induction dans le cas général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Conséquences de la loi de Lenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Lois locales de l'induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Force électromotrice et courant induit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Courants de Foucault . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Auto-induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Transferts électromécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Présentation générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Couplage des équations électromécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Transferts électromécaniques d'énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre VIII

1. Force électromotrice induite dans une roue de Barlow . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Spire tournant dans un champ magnétique uniforme et constant . . . . . . . . . .

3. Spire dans un champ magnétique uniforme et sinusoïdal . . . . . . . . . . . . . . .

4. Spire tournant dans un champ tournant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Quantité d'électricité induite par le mouvement d'un aimant permanent . . . .

6. Principe d'un fluxmètre à amplificateur opérationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Courants de Foucault dans un four à induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Couple moteur exercé sur le rotor d'un moteur asynchrone . . . . . . . . . . . . .

9. Circuits oscillants LC couplés par mutuelle inductance . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Conditions de fonctionnement d'un moteur asynchrone . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Roue de Barlow en tant que moteur et générateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12. Bilan des puissances dans une roue de Barlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

IX. Le système des équations de Maxwell

1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Le système d'équations de Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Le premier groupe des équations de Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Le second groupe des équations de Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Cas des régimes statiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Conséquences mathématiques des équations de Maxwell . . . . . . . . . . . . . .

a. Les potentiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Conditions de Jauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Équations de Poisson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Relations de passage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

e. Surface libre d'un conducteur Ohmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

f. L 'approximation des régimes quasi-permanents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. L'énergie électromagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Le vecteur de Poynting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Conservation de l'énergie électromagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

  

Exercices du Chapitre IX

1. Étude d'un condensateur plan en régime sinusoïdal permanent . . . . . . . . . . .

2. Effet de peau dans un conducteur Ohmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Étude d'un câble coaxial en régime statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Sphère supraconductrice dans un champ magnétique statique . . . . . . . . . . .

5. Condensateur plan en régime variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Vecteur de Poynting en régime permanent dans un câble coaxial . . . . . . . . .

7. Vecteur de Poynting en régime permanent dans un conducteur Ohmique . . .

8. Bilan de la charge d'un condensateur plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Bilan du transfert de puissance du champ à la matière
    (géométrie cylindrique) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Bilan du transfert de puissance du champ à la matière
      (géométrie sphérique) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

X. Électricité dans les milieux matériels

1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Polarisation des diélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Permittivité relative et polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Description quantitative de la polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Équations de Maxwell dans les diélectriques en régime permanent . . . . .

d. Relations de passage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Caractérisation des matériaux diélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Nature des phénomènes de polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Champ local et champ moyen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Relations constitutives linéaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Réfraction des lignes de champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Énergie électrique dans les milieux polarisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Énergie électrostatique en présence d'un diélectrique . . . . . . . . . . . . . . .

b. Cas des milieux linéaires isotropes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Calcul direct des forces exercées sur les diélectriques . . . . . . . . . . . . . .

  

Exercices du Chapitre X

1. Étude d'un condensateur plan avec diélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Sphère uniformément polarisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Parallélépipède uniformément polarisé creusé d'une cavité sphérique . . . .

4. Polarisabilité électronique dans le modèle de Thomson . . . . . . . . . . . . . . .

5. Polarisation d'orientation dans le modèle de Langevin . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Condensateur plan à deux diélectriques en série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Condensateur cylindrique à deux diélectriques en parallèle . . . . . . . . . . . .

8. Images diélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Sphère diélectrique linéaire isotrope dans un champ extérieur uniforme . . .

10. Condensateur cylindrique à diélectrique liquide (étude thermodynamique)

11. Condensateur cylindrique à diélectrique liquide (étude mécanique) . . . . .

 

XI. Modèles microscopiques de polarisation

1. Résumé et Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Susceptibilité diélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Expression de Lorentz du champ local . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Relation entre susceptibilité et polarisabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Étude expérimentale de la polarisabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Catastrophe de polarisation et ferroélectricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Polarisation en régime variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Polarisation électronique en régime variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Comportement fréquentiel de la permittivité électronique . . . . . . . . . . . .

c. Autres modes de polarisation en régime variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Courants de polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre XI

1. Champ local dans le modèle d'Onsager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Susceptibilité et polarisation dans le modèle d'Onsager . . . . . . . . . . . . . . .

3. Polarisation de saturation du Titanate de Baryum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Étude thermodynamique de la transition ferroélectrique . . . . . . . . . . . . . . .

5. Condition d'apparition de la ferroélectricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Fréquence de résonance d'un diélectrique en fonction de la densité . . . . . . .

7. Pertes diélectriques en régime variable (deux méthodes) . . . . . . . . . . . . . .

8. Pertes diélectriques en régime variable (troisième méthode) . . . . . . . . . . . .

 

XII. Magnétisme dans les milieux matériels

1. Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Magnétisme dans les milieux matériels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Perméabilité magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Magnétisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Équations de Maxwell et relations de passage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Caractérisation des milieux magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Nature des phénomènes de magnétisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Cas des milieux linéaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Ferromagnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Énergie magnétique dans les milieux magnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Énergie magnétique en présence d'un milieu magnétique . . . . . . . . . . . . .

b. Cas des milieux linéaires isotropes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Calcul direct des forces exercées sur un milieu magnétisé . . . . . . . . . . . .

 

Exercices du Chapitre XII

1. Champ magnétique d'un barreau cylindrique
    uniformément aimanté selon son axe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Champ magnétique d'une sphère uniformément aimantée . . . . . . . . . . . . . . .

3. Relations de passage appliquées à un barreau
    et à une sphère uniformément aimantés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Champ magnétique d'un barreau cylindrique
    aimanté perpendiculairement à son axe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Rapport gyromagnétique orbital et magnéton de Bohr . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Inductance propre d'un solénoïde avec noyau magnétique . . . . . . . . . . . . . .

7. Sphère dans un champ magnétique extérieur uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Ascension d'un liquide paramagnétique dans l'entrefer d'un aimant . . . . . . .

 

XIII. Modèles microscopiques de Magnétisation

1. Paramagnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Substances paramagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Paramagnétisme de spin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Comportement thermique des substances paramagnétiques . . . . . . . . . . .

2. Diamagnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Description qualitative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Susceptibilité diamagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Ferromagnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Présentation du ferromagnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Interprétation microscopique du phénomène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c. Hystérésis ferromagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

d. Pertes d'énergie par hystérésis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

  

Exercices du Chapitre XIII

1. Calcul de Langevin de la susceptibilité paramagnétique . . . . . . . . . . . . . . .

2. Calcul de Brillouin de la susceptibilité paramagnétique . . . . . . . . . . . . . . .

3. Refroidissement d'un cristal paramagnétique
    par désaimantation adiabatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Célérité du son dans un gaz parfait paramagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Théorème de Larmor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Susceptibilité diamagnétique de l'atome d'Hydrogène
    en mécanique quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Moment magnétique atomique du Fer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Réalisation d'un aimant permanent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Pertes d'énergie dans un matériau ferromagnétique
    lors d'un cycle d'hystérésis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

 

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