Les systèmes d`unités du champ électromagnétique

Les systèmes d’unités du champ électromagnétique
C. LONGUEMARE - séminaire d’analyse
13 novembre 2007
-
Version 13/02/2008
Abstract
Ces notes accompagnent un travail sur l’électromagnétisme de Maxwell et les monopoles,
elles ont été rédigées au département de mathématiques de l’U-Caen à la demande de Jean
Parizet.
UNIVERSITE DE CAEN année 2007-2008
1
SOMMAIRE 2
Sommaire
1 Les équations classiques dans tout sytsème d’unités 3
1.1 Leschargesélectriques ................................. 3
1.2 Les équations du champ électromagnétique induit par les charges . . . . . . . . . 3
1.3 Les interactions des charges et du champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 L’énergie associée au champ électromagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5 Les potentiels et la propagation des potentiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.6 Le langrangien du champ électromagnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.7 Lessolutionsstatiques: ................................ 4
2 Les choix possibles 5
2.1 Lesystèmeinternational ................................ 5
2.2 LesystèmedeGauss .................................. 5
2.3 Le système de Gauss des hautes énergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 Les monopoles magnétiques 7
3.1 Les équations avec des monopoles... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2 Le lagrangien avec des monopoles... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1 LES ÉQUATIONS CLASSIQUES DANS TOUT SYTSÈME D’UNITÉS 3
1 Les équations classiques dans tout sytsème d’unités
1.1 Les charges électriques
Le courant de charge qui est la source du champ est noté :
jµ= (ρ,
j)avec
j=ρ ⃗v et µ = 0,1,2,3
1.2 Les équations du champ électromagnétique induit par les charges
div(D) = ρ
rot(H) = K1(
j+D
t )}
div(B)=0
rot(E) = − K1B
t
avec
D=ϵ0
E+
P
B=µ0{
H+I}
Avec dans la matière on tient compte de la polarisation Pet de l’aimantation Icar la matière
contient des charges électriques atomiques. Polarisation et aimantation ont des actions de "défor-
mation" du champ électromagnétique par exemple l’aimantation induit le champ magnétique au
voisinage d’un aimant.
Dans le vide classique , ces vecteurs sont nuls et l’on a :
P= 0 I= 0
1.3 Les interactions des charges et du champ
La force de Lorentz s’écrit
FLorentz =q
E+K1q⃗v
B
La densité de force :
FLorentz =ρ
E+K1
j
B
1.4 L’énergie associée au champ électromagnétique
La Densité d’énergie et le vecteur de Poynting ou courant d’énergie électromagnétique (propagation
des ondes ...) :
ω=1
2(
D.
E+
H.
B)
P=K(
E
H)
1 LES ÉQUATIONS CLASSIQUES DANS TOUT SYTSÈME D’UNITÉS 4
1.5 Les potentiels et la propagation des potentiels
Définition des potentiels
E=grad(V)− K1
A
t
B=rot(
A)
La condition de Lorentz
div(
A) + ϵ0µ0
K
V
t = 0
Les potentiels retardés de Liénard.
Vϵ0µ0
K2
2V
t2=ρ
ϵ0
Aϵ0µ0
K2
2
A
t2=µ0
j
K
La vitesse de propagation
c2=K2
ϵ0µ0
1.6 Le langrangien du champ électromagnétique
La densité hamiltonienne H
H=1
2µ0
(K2
c2
E2+
B2)
La densité lagrangienne L
L=1
2µ0
(K2
c2
E2
B2)
1.7 Les solutions statiques :
V0ρ
4πϵ0rd3x
A0µ0
j
4πKrd3x
La constante de structure fine αsans dimension s’écrit :
α=e2
4πϵ0c1
137,0
eest la charge élémentaire de l’électron.
2 LES CHOIX POSSIBLES 5
2 Les choix possibles
En résumé voir la table ci dessous.
SI Gauss HE physics
µ0 4π1074π1
K1 c 1
ϵ1
04π c21074π1
c299,792458 106m/s 299,792458 108cm/s 1
1.0546 1034 J.s 1.0546 1027 erg.s 1
Energie Joule erg MeV
2.1 Le système international
Le système international des unités qui conduit à l’unité de charge appelée coulomb impose les
valeurs de µ0,Ket c:
µ0= 4π107et K= 1
c= 299,792458 106m/s exact
L’ampère est le coulomb par seconde, de plus
c2=ϵ0µ0
{4π ϵ0}1=c2107= 9, ..109
En conséquence la force qui s’exerce entre deux charges de 1 coulomb à 1 m de distance est de
9, ..9,109newtons (9,81 newtons est le poids d’un kg).
Dans le vide les équations de Maxwell s’écrivent (
P=
I= 0)
div(E) = ρ
ϵ0
rot(B) = µ0j+ϵ0µ0
E
t
div(B) = 0
rot(E) = B
t
2.2 Le système de Gauss
Le système de Gauss impose les valeurs de µ0,Ket c:
µ0= 4πet K=c
c= 299,79... 106m/s
ϵ0µ0= 1 ϵ1
0= 4π
L’énergie électrostatique s’écrit :
U=qq
r
1 / 7 100%

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