Notice pédagogique

CONNAISSANCES ET COMPETENCES INCONTOURNABLES DE L’UE PHY235 Ce document détaille les connaissances et les compétences ISSUES DU COURS devant être acquises à la fin de l’UE PHY235. Bien entendu cela ne vous dispense pas de travailler et réviser les exercices de TD ! Au delà des compétences requises sur un plan purement académique, le bagage scientifique utile à la poursuite d’études à forte composante physique est également détaillé. Formules et définitions à savoir PAR CŒUR : Electrostatique 1) Champ et potentiel électrostatiques crées par une charge ponctuelle. Force de Coulomb entre deux charges ponctuelles. 2) Champ et potentiel crées par un ensemble de charges ponctuelles et par des distributions continues de charges. 3) Energie électrostatique d’une charge ponctuelle, d’un ensemble de charges ponctuelles et d’une distribution continue de charges. 4) Enoncé du théorème de Gauss sous sa forme intégrée. 5) Relation champ /potentiel. Forme mathématique du gradient en coordonnées cartésiennes. 6) Définition d’un dipôle électrostatique. Moment dipolaire. Energie potentielle d’un dipôle dans un champ électrostatique. 7) Enoncé du théorème de Coulomb dans les conducteurs à l’équilibre (champ électrostatique à l’intérieur et à l’extérieur du conducteur). 8) Définition générale d’un condensateur et de sa capacité. Energie stockée dans un condensateur. Magnétostatique 1)
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Force de Lorentz. Loi de Biot et Savart (pour une particule seule, une densité de courant et un courant). Définition du vecteur densité de courant. Théorème d’Ampère. Définition du moment magnétique. Energie du dipôle magnétique dans un champ magnétique extérieur. 5) Définition et loi de conservation du flux magnétique. Relation champ magnétique / potentiel vecteur. 6) Loi de Laplace. Théorème de Maxwell, énergie potentielle d’interaction magnétique. Induction / Electromagnétisme : 1) Loi de Faraday. Loi de Lenz. Définition de l’auto-­‐inductance L à partir du flux et du courant. Energie magnétique stockée dans un solénoïde. 2) Equations de Maxwell sous leur forme locale. Général : Propriétés de symétrie des champs électrostatique et magnétique par rapport aux distributions de charges et de courants leur ayant donné naissance. Méthodes de calcul et exercices type du cours (ou du poly) à savoir refaire : Electrostatique : 1) Calculer le champ électrostatique et le potentiel en un point par le théorème de superposition pour des distribution de charge continues ou discrètes. 2) Calculer le champ électrostatique et le potentiel en tout point par le théorème de Gauss, pour des cas de haute symétrie (sphère, plan infini, cylindre infini). 3) Calculer la capacité d’un condensateur sphérique, plan ou cylindrique. 4) Calculer le champ et le potentiel électrostatiques créés par un dipôle électrostatique à longue distance. Magnétostatique : 1) Calculer la trajectoire d’une charge ponctuelle dans un champ électrostatique et/ou magnétique permanent(s). 2) Calculer le champ magnétique crée en un point par des distributions de courant continues (fil infini, solénoïde, axe d’une spire) par la loi de Biot et Savart. 3) Calculer le champ magnétique en tout point de systèmes de haute symétrie par le théorème d’Ampère (solénoïde infini, fil infini). 4) Faire le bilan des forces s’exerçant sur un système de conducteurs dans un champ magnétique (sans oublier la réaction des supports). Exprimer le travail des forces de Laplace (en lien avec le théorème de Maxwell). 5) Exprimer le couple des forces s’exerçant sur un système de conducteurs dans un champ magnétique Induction / Electromagnétisme : 1) Savoir donner la signification des termes dans les équations de Maxwell : interprétation géométrique de la divergence et du rotationnel, définitions des densités de charges et de courants, avec les unités usuelles de ces grandeurs. 2) Savoir déterminer le sens des courants, de la normale à la surface (pour les calculs de flux) ou de la f.e.m. induite à partir du sens d’une seule de ces grandeurs. 3) Dans les phénomènes d’induction, savoir écrire l’équation électrique (utilisant la f.e.m. d’induction) et l’équation mécanique (faisant intervenir les forces de Laplace). Bagage scientifique utile pour la poursuite d’études à fort contenu physique :  Bonne maîtrise des ordres de grandeur en électromagnétisme (charge élémentaire, norme des champs électrostatiques et magnétiques, échelles de distance typiques, etc…).  Par l’analyse des symétries du système et des lois physiques pertinentes pour le décrire (est-­‐on en présence de charges et/ou de courants, sont-­‐ils statiques ou variables dans le temps, quelles sont les symétries spatiales du système ?, etc ), prédire qualitativement ses propriétés et son évolution. Cela permet d’identifier les outils et les concepts à mettre en œuvre pour résoudre le problème.  Savoir expliquer qualitativement l’électromagnétisme, c’est-­‐à-­‐dire « poser des mots » sur les équations mathématiques.