PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME Préalable(s) : ING150, CTN258 PLAN DE COURS SESSION HIVER 2014

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1 École de technologie supérieure Service des enseignements généraux Responsable(s) du cours : Marc Boulé Alain Hénault Crédits : 4 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME Préalable(s) : ING150, CTN258 PLAN DE COURS SESSION HIVER Coordonnées de l enseignant Groupe 02 Hénault, Alain bureau B-2552 Groupe 05 Paquin, Gérald bureau B-2316 Groupe 07 Aït Ahcène, Tounsia bureau B-2310 Groupe 04 Clisson, Marlène bureau B-2522 Groupe 01, 03, 06 Perrault, Michel bureau B Descriptif officiel du cours Acquérir les connaissances élémentaires en matière d électricité et de magnétisme de façon à pouvoir analyser et interpréter les phénomènes connexes qui y sont reliés. L'électrostatique et ses lois : charge électrique, champ, loi de Coulomb, potentiel électrique. Fondement de la théorie de l'électrostatique : polarisation, dipôle, loi de Gauss. Énergie électrostatique : charges ponctuelles, charges distribuées, conducteurs, capacité, couple moteur. Circuits en courant continu : lois d'ohm et de Kirchhoff. Magnétisme des courants continus, force magnétique, champ perpendiculaire, loi de Biot-Savart. Fondement de la théorie du magnétisme de la matière. Loi de Faraday, inductance, énergie magnétique. Séances de laboratoire et exercices reliés à des applications en ingénierie. Précision sur les préalables : le cours PHY332 ne requiert qu'un seul préalable (CTN258 OU ING150), soit plus précisément : - ING150 Statique et dynamique, sauf pour les étudiants au baccalauréat en génie mécanique - OU CTN258 Statique et dynamique pour les étudiants au baccalauréat en génie de la construction 3. Objectifs spécifiques du cours Session hiver 2014 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME 1

2 Le cours a pour but de fournir à l étudiant certaines connaissances fondamentales de physique jugées nécessaires à une formation technologique avancée. Plus spécifiquement, ce cours a comme objectif de familiariser l étudiant avec les concepts de base de l étude de certains phénomènes électriques et magnétiques, de l analyse des circuits ainsi que les techniques mathématiques associées au traitement de ces matières de manière à rendre l étudiant apte à comprendre les applications technologiques de l électricité et du magnétisme. 4. Stratégies pédagogiques utilisées Le cours comporte deux périodes : le cours magistral de trois heures et demie pour la présentation de la théorie et une période de travaux pratiques pour permettre aux étudiants de faire les exercices reliés au cours sous la supervision du professeur ou du chargé de travaux pratiques, selon le cas. Des expériences seront présentées en démonstration en classe. De plus, certaines simulations (laboratoire virtuel sur site web) seront également présentées en classe ou disponibles sur le site web du cours. Les étudiants seront invités à réaliser des expériences de laboratoires au cours de la session pour compléter leur apprentissage. Les outils de calculs comme la calculatrice programmable (Voyage 200, TI-89, TI-92+) et les logiciels de calculs symboliques comme Maple, Derive ou Matlab serviront pour le traitement numérique et/ou graphique de certains exercices ou pour la rédaction des rapports de laboratoires ou des devoirs, selon les directives des enseignants 5. Contenu du cours DURÉE MATIÈRE ET RÉFÉRENCE * page BLO C I (18 H E U R E S ) 2 HEURES CHAPITRE 1 ÉLECTROSTATIQUE La charge électrique Conducteurs et isolants Le phénomène de charge par induction L électroscope à feuilles (à La loi de Coulomb 12 4 ½ HEURES CHAPITRE 2 LE CHAMP ÉLECTRIQUE Le champ électrique Les lignes de champ Le champ électrique et les conducteurs Les charges en mouvement dans un champ statique 40 uniforme 2.5 Les distributions de charges continues Les dipôles * L expérience de la goutte d huile de Millikan (à 58 Session hiver 2014 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME 2

3 DURÉE MATIÈRE ET RÉFÉRENCE * page 4 HEURES CHAPITRE 3 LE THÉORÈME DE GAUSS Le flux électrique La démonstration du théorème de Gauss La symétrie L utilisation du théorème de Gauss Le théorème de Gauss et les conducteurs 95 4 ½ HEURES CHAPITRE 4 POTENTIEL ÉLECTRIQUE Le potentiel électrique La relation entre le potentiel et l énergie ou le travail La relation entre le potentiel et le champ électrique Le potentiel et l énergie potentielle dans un champ uniforme Le potentiel et l énergie potentielle dans le champ de charges ponctuelles Le potentiel d une distribution continue de charge Le potentiel d un conducteur La détermination du champ à partir du potentiel 138 Sujet connexe : Électrostatique (à HEURES Examen sur le bloc 1 B L O C I I (9 H E U R E S ) ( é v a l u é e n d e v o i r e t / o u q u i z e t e n l a b o r a t o i r e s ) 3 HEURES CHAPITRE 5 CONDENSATEURS ET DIÉLECTRIQUES La capacité Les associations de condensateurs en série et en 163 parallèle 5.3 L énergie emmagasinée dans un condensateur La densité d énergie du champ électrique Les diélectriques La description atomique des diélectriques * L application du théorème de Gauss aux diélectriques HEURES CHAPITRE 6 COURANT ET RÉSISTANCE Le courant électrique La vitesse de dérive La résistance La théorie microscopique de la conduction (à La loi d Ohm La puissance électrique 199 Sujet connexe : L électrique atmosphérique (à HEURES CHAPITRE 7 LES CIRCUITS À COURANT CONTINU La force électromotrice Session hiver 2014 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME 3

4 DURÉE MATIÈRE ET RÉFÉRENCE * page 7.2 Les résistances en série et en parallèle 218 Aperçu historique : L éclairage électrique (à Les instruments de mesure 7.4 Les lois de Kirchhoff Les circuits RC 239 B L O C I I I (12 H E U R E S ) 4 HEURES CHAPITRE 8 LE CHAMP MAGNÉTIQUE Le champ magnétique La force sur un conducteur parcouru par un courant Le moment de force sur une boucle de courant Le galvanomètre 284 Aperçu historique : Le moteur électrique (à Les charges en mouvement dans un champ magnétique La combinaison des champs électrique et magnétique Le cyclotron (à L effet Hall (à 8.9 * La découverte de l électron (à 3 HEURES CHAPITRE 9 LES SOURCES DE CHAMP MAGNÉTIQUE Le champ créé par un long fil conducteur rectiligne La force magnétique entre des fils conducteurs 318 parallèles 9.3 La loi de Biot-Savart Le théorème d Ampère 332 Aperçu historique : Les électro-aimants (à 339 Objet connexe : Le champ magnétique terrestre (à HEURES CHAPITRE 10 L INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE L induction électromagnétique Le flux magnétique La loi de Faraday et la loi de Lenz Les générateurs Les origines de la f.é.m. induite Les champs électriques induits La f.é.m. induite dans un conducteur en mouvement Les courants de Foucault (à 387 La découverte de l induction électromagnétique Session hiver 2014 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME 4

5 DURÉE MATIÈRE ET RÉFÉRENCE * page (à Session hiver 2014 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME 5

6 2 HEURES CHAPITRE 11 L INDUCTANCE L auto-induction L inductance Les circuits RL L énergie emmagasinée dans une bobine d induction 410 Total 39 heures 6. Laboratoires ou travaux pratiques Il est à noter qu un total de 36 heures de travaux pratiques sont associées à ce cours. 7. Évaluation Gr. 01 Gr. 02 Gr. 03 Gr. 04 Gr. 05 Gr. 06 Gr. 07 Examen sur le bloc 1** 30 % Mini test(s) et/ou devoir(s) 20 % Examen final sur le bloc 3** 30 % Rapports de laboratoire 20 % 10 Fév. 13 Fév. 12 Fév. 6 Fév. 10 Fév. 14 Fév. 11 Fév. À préciser en classe Selon l horaire des examens finaux Dates de remises à préciser en classe **Durée de trois heures. Seuls le livre de référence suggéré ci-dessous et les notes de cours personnelles sont permis aux examens. L utilisation de la calculatrice est également autorisée. Retard de remise d un travail Selon les consignes de chaque enseignant. 8. Documentation obligatoire BENSON, H. Physique II : Électricité et magnétisme, traduit par D. Amrouni., Éditions ERPI, 4 e édition, 2009 (offert à la COOP). Du matériel supplémentaire est aussi disponible sur le site web du cours PHY332. Session hiver 2014 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME 6

7 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME ANNEXE I 1. Caractéristiques du cours Responsable(s) du cours : Marc Boulé et Alain Hénault Coordonnées de l enseignant : Groupe 02 Hénault, Alain bureau B-2552 Groupe 05 Paquin, Gérald bureau B-2316 Groupe 07 Aït Ahcène, Tounsia bureau B-2310 Groupe 04 Clisson, Marlène bureau B-2522 Groupe 01, Perrault, Michel bureau B , 06 Préalables : ING150, CTN258 Crédits : 4 2. Descriptif officiel du cours Acquérir les connaissances élémentaires en matière d électricité et de magnétisme de façon à pouvoir analyser et interpréter les phénomènes connexes qui y sont reliés. L'électrostatique et ses lois : charge électrique, champ, loi de Coulomb, potentiel électrique. Fondement de la théorie de l'électrostatique : polarisation, dipôle, loi de Gauss. Énergie électrostatique : charges ponctuelles, charges distribuées, conducteurs, capacité, couple moteur. Circuits en courant continu : lois d'ohm et de Kirchhoff. Magnétisme des courants continus, force magnétique, champ perpendiculaire, loi de Biot-Savart. Fondement de la théorie du magnétisme de la matière. Loi de Faraday, inductance, énergie magnétique. Séances de laboratoire et exercices reliés à des applications en ingénierie. Précision sur les préalables : le cours PHY332 ne requiert qu'un seul préalable (CTN258 OU ING150), soit plus précisément : - ING150 Statique et dynamique, sauf pour les étudiants au baccalauréat en génie mécanique - OU CTN258 Statique et dynamique pour les étudiants au baccalauréat en génie de la construction Session hiver 2014 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME 7

8 3. Répartition des unités d agrément du BCAPG Maths Sciences naturelles Études complémentaires Science du génie Conception en ingénierie Total 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 4. Qualités (Qx) et compétences (Cy) enseignées et ou évaluées 5. Évaluation Absence à un examen Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l étudiant devra justifier son absence d un examen durant le trimestre auprès de son enseignant. Pour un examen final, l étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l attribution de la note zéro (0). Plagiat et fraude Les clauses du «Chapitre 10 : Plagiat et fraude» du «Règlement des études de 1 er cycle» s appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Afin de se sensibiliser au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la page Citer, pas plagier! Session hiver 2014 PHY332 ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME 8

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