Electromagnétisme 1

Pré-requis nécessaires

• dérivées partielles,
• fonction exponentielle (propriétés, limite, intégration, produit et quotient)
• vecteurs : produit scalaire et vectorielle de 2 vecteurs, norme d’un vecteur, somme de 2 vecteurs
• calcul intégral (intégrale d’une exponentielle, intégration par partie, valeur moyenne)
• trigonométrie (fonctions sinus, cosinus et tangente, identités trigonométriques, intégration des fonctions sinus et cosinus, développement limité)
• différentielle : estimer la variation d’une grandeur en fonction de la variation d’une autre grandeur, les 2 grandeurs étant reliées par une relation linéaire simple (somme, produit, quotient)
• développement limité de la fonction racine carré, cosinus, sinus
• suite : somme des termes d’une suite géométrique.

Compétences visées

 Électrostatique :

• Savoir comment produire et détecter des charges.
• Pouvoir fabriquer et utiliser un électroscope.
• Connaître les méthodes de charge d’un corps neutre avec et sans contact.
• Le chargement de répartition des charges sur des boules et la mesure de leurs charges par un coulomb-mètre (TP).
• Pouvoir expliquer la série triboélectrique.
• Pouvoir écrire la loi de conservation de charge électrique totale d’un système.
• Pouvoir écrire la loi  de Coulomb sous forme vectorielle.
• Comprendre la notion du champ électrostatique créé par des charges ponctuelles.
• Pouvoir énoncer le principe de superposition des champs et de l’appliquer pour  un dipôle, et d’autres configurations élémentaires des charges ponctuelles.
• Acquérir des notions  des lignes de champ et compétences de calcul du flux électrostatique.
• Pouvoir énoncer le théorème de Gauss et calculer  le champ électrique sur des surfaces Gaussienne de symétrie élevée.
• Pouvoir énoncer le principe de Curie et exploiter la symétrie pour la détermination des champs électrostatiques des distributions des charges des corps symétriques.
• Vérification du principe de Curie par la mesure de la valeur du champ en des points conjugués par symétrie  (TP).
• Pouvoir appliquer le théorème de Gauss  aux  conducteurs en équilibre électrostatique.
• Écrire et utiliser le gradient dans des coordonnées cartésiennes.
• S’approprier de la notion du potentiel et de l’énergie potentielle électrostatique d’un ensemble de charges ponctuelles comme le dipôle.
• Acquisition de connaissance et l’étude des champs et des potentiels électrostatiques avec des applets Java (TP).
• Pouvoir énoncer les relations de continuité.
• Etre capable de démontrer le lien direct entre le potentiel et le champ électrostatique.
• L’application des notions acquises pour l’étude des condensateurs.
• Etre capable de calculer des capacités électriques des associations des condensateurs parallèles et en série.

Magnétostatique :

• Pouvoir résumer l’interaction de répulsion et de l’attraction des pôles des  aimants.
• Acquérir des notions du courant électrique continu.
• Connaître les méthodes de production du champ magnétique.
• Etre en capacité d’écrire la force magnétique de Laplace sur un fil parcouru par un courant.
• Comprendre la notion de l'induction magnétique et le représenter par des  lignes du champ magnétique.
• Enoncer le principe de superposition pour les champs magnétiques.
• Pouvoir écrire vectoriellement l'induction magnétique créée par un courant électrique.
• Pouvoir décrire et expliciter l’interaction magnétique des lignes de courant rectilignes,  parallèles.
• Comprendre,  décrire et calculer le  moment de force agissant sur une boucle de courant dans un champ magnétique.
• Connaître la notion du flux du champ magnétique.
• Enonciation du théorème d’Ampère et de la loi de Biot et Savart.
• Pouvoir exploiter la symétrie pour le calcul du champ magnétique dans un solénoïde à l’aide du théorème d’Ampère.
• Pouvoir appliquer la loi d’Ampère et de Biot et Savart  pour calculer le champ magnétique d’une bobine torique, des bobines de Helmholtz et d’autres configurations simples.
• Compétences expérimentales de mesure de l’induction magnétique dans des bobines de Helmholtz par une sonde de Hall (TP).
• Enoncer et calculer la force magnétique de Lorentz subit par une charge en mouvement dans un champ magnétique.
• Utilisation des notions acquises pour le calcul du mouvement cyclotronique d’une charge électrique dans un champ magnétique constant.
• La compréhension de l’accélérateur cyclotronique, d’un spectrographe de masse, et des aurores boréales.

Outils mathématiques nouveaux:

• notion de gradient,
• notion de la divergence,
• notion de l’intégrale de surface