SEMAINE N°15 DU 16 Au 21 Janvier PHYSIQUE

Programme de colle de Physique-Chimie
CLASSE DE P.S.I. 2016-2017
SEMAINE N°15 DU 16 Au 21 Janvier
rappel: on ajoute le programme de la semaine précédente
PHYSIQUE
CHAMP ÉLECTRIQUE EN RÉGIME STATIONNAIRE
I-Électromagnétisme en régime stationnaire
II-Équation de Maxwell-Faraday
1) Potentiel scalaire
a) définition
b) circulation du champ électrique
2) Conséquences sur la topographie du champ
3) Équation de Laplace-Poisson
4) Énergie potentielle électrique
a) définition
b) théorème de l’énergie cinétique
III-Équation de Maxwell-Gauss
1) Théorème de Gauss
2) Conséquences sur la topographie du champ
3) Exemples de calculs de champ
a) charge ponctuelle
b) distribution à symétrie sphérique
c) distribution à symétrie cylindrique
d) plan infini uniformément chargé en surface
4) Analogie électrostatique-gravitation
CONDENSATEURS
I-Équilibre électrostatique d’un conducteur
1) Phénomène d’influence électrostatique
2) Condition d’équilibre d’un conducteur
II-Modèle du condensateur plan
1) Champ électrique
2) Capacité
3) Permittivité
4) Énergie
PSI 2016-2017 semaine n°14
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Programme officiel
PHÉNOMENES DE TRANSPORT
ÉLECTROMAGNETISME
Objectifs de formation
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Manipuler des champs scalaires et vectoriels.
Conduire des analyses de symétrie et d’invariance.
Calculer des champs à l’aide de propriétés de flux ou de circulation.
Établir le lien entre des lois locales et des propriétés intégrales.
Décrire quelques comportements phénoménologiques de la matière dans un champ électrique ou magnétique.
Le bloc 1 présente les relations de symétrie entre les champs E , B et les sources, sans recourir à des expressions
reliant les champs aux sources, mais en s’appuyant sur des exemples de cartes de champs.
Notions et contenus
1. Symétries des champs électrique et magnétique
Symétries pour le champ E , caractère polaire de E .
Symétries pour le champ
Capacités exigibles
Exploiter les symétries et invariances d'une distribution de charges et de courants pour en déduire les propriétés de E , B .
B , caractère axial de B .
Le bloc 2 introduit les équations de Maxwell-Gauss et Maxwell-Faraday, prises comme des postulats de l'électromagnétisme. Les seuls calculs de champs électriques exigibles doivent pouvoir être faits par application du théorème de Gauss.
Notions et contenus
2. Champ électrique en régime stationnaire
Équations de Maxwell-Gauss et de Maxwell-Faraday.
Potentiel scalaire électrique.
Propriétés topographiques.
Équation de Poisson.
Théorème de Gauss.
Calculs de champ.
Capacités exigibles
Citer les équations de Maxwell-Gauss et Maxwell-Faraday.
Particulariser ces équations au régime stationnaire.
Relier l'existence du potentiel scalaire électrique au caractère
irrotationnel de E . Exprimer une différence de potentiel
comme une circulation du champ électrique.
Associer l’évasement des tubes de champ à l’évolution de la
norme de E en dehors des sources. Représenter les lignes de
champ connaissant les surfaces équipotentielles et inversement.
Évaluer le champ électrique à partir d’un réseau de surfaces
équipotentielles.
Établir l’équation locale du deuxième ordre reliant le potentiel à
la densité de charge.
Énoncer et appliquer le théorème de Gauss.
Établir le champ électrique et le potentiel créés par :
− une charge ponctuelle,
− une distribution de charge à symétrie sphérique.
− une distribution de charge à symétrie cylindrique.
Utiliser le modèle de la distribution surfacique de charge dans le
cas d'une distribution volumique d'épaisseur faible devant
l'échelle de description.
Distribution surfacique de charge.
Établir le champ électrique créé par un plan infini uniformément
chargé en surface.
Exploiter le théorème de superposition.
Linéarité.
Énergie potentielle électrique d'une charge ponctuelle dans un Établir la relation E = qV . Appliquer la loi de l’énergie
p
champ électrique extérieur.
cinétique à une particule chargée dans un champ électrique.
PSI 2016-2017 semaine n°14
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Analogie entre champ électrique et champ gravitationnel.
Établir un tableau d'analogies entre les champs électrique et
gravitationnel.
Le bloc 3 aborde le condensateur dans la géométrie plane. Cette étude permet d'introduire l'expression de l'énergie volumique du champ électrique sur ce cas particulier, la généralité de cette expression étant admise. Aucune notion sur les
conducteurs en équilibre n’est exigible. La modification de la permittivité introduite par la présence d’un isolant sera
affirmée sans relation avec une description microscopique de la polarisation..
Notions et contenus
Capacités exigibles
3. Condensateur
Approche expérimentale du phénomène d'influence.
Décrire qualitativement le phénomène d'influence.
Exprimer le champ d’un condensateur plan en négligeant les
effets de bord. En déduire l'expression de la capacité.
Prendre en compte la permittivité du milieu dans l’expression de
la capacité.
Citer l'expression de la densité volumique d'énergie électrique.
Capacité d'un condensateur plan.
Rôle des isolants.
Densité volumique d'énergie électrique.
Retrouver l’expression de la densité volumique d’énergie électrique dans le cas du condensateur plan à partir de la relation
1
E = CU 2 .
2
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