THÉORIE ÉLECTROMAGNÉTIQUE DE MAXWELL Exercices
JLH 08/12/2010 Page 3 sur 4
1- Qu’appelle-t-on « pôle nord » et « pôle sud » d’un aimant ? Comment est dirigé le moment
magnétique de l’aimant ?
2- S’agit-il ici d’un phénomène d’induction de Neumann ou de Lorentz ?
3- Décrire qualitativement l’ensemble des phénomènes physiques qui seront observés dans cette
expérience : apparaît-il un courant
dans la spire ? Quel est le signe de ce courant ? L’aimant est-
il soumis à une force ? La spire est-elle soumise à une force ?
4- Le champ magnétique en M de l’aimant placé en un point P de l’espace dérive du potentiel vecteur
( )
03
M
m
Aµ∧
=π
. Exprimer le champ électromoteur en tout point de la spire et en déduire les
variation du courant
. On prendra pour origine des temps l’instant où l’aimant passe au centre de
la spire.
5- Calculer le flux
du champ magnétique de l’aimant à travers la spire. Retrouver l’expression de
par application de la loi de Faraday.
6- Exprimer la force
( )
que doit subir l’aimant pour se déplacer ainsi sur l’axe de la spire.
7- Le problème est-il différent si l’aimant est fixe et que la spire se déplace ?
3. Bilan énergétique d’un solénoïde en régime variable
On considère un solénoïde idéal infini d’axe O
z
, de rayon
R
, comportant
n
spires par unité de longueur.
Le solénoïde est parcouru par un courant « lentement » variable d’intensité
( )
0
=
1- Que signifie l’expression « lentement » variable ? Dans ce cadre d’hypothèse mieux défini, quelle est
l’expression du champ d’induction magnétique
à l’intérieur du solénoïde ?
2- Montrer que, d’après l’équation de Maxwell-Faraday, il apparaît un champ électrique
orthoradial à
l’intérieur du solénoïde, de la forme
, , ,
E r t E r t e
θ θ
.
3- Exprimer la circulation du champ
le long d’un parcours circulaire de rayon
r
d’axe O
z
et
orienté dans le sens direct. En déduire l’expression de
.
4- Montrer que dans le cas présent d’un régime « lentement » variable, la densité volumique d’énergie
électrique est négligeable devant la densité volumique d’énergie magnétique.
5- Montrer que le vecteur de Poynting
est radial et déterminer son expression de la forme
, , ,
r r
r t r t e
.
6- On démontre qu’en coordonnées cylindriques
r
div re
. Le théorème de Poynting est-il vérifié ?
7- Faire le bilan d’énergie pour un morceau de solénoïde de longueur
entre l’instant 0 où le courant
électrique a une valeur initiale
et un temps « infini » au bout duquel le courant s’est annulé.
Commenter ce bilan d’énergie.
4. condensateur en régime haute fréquence