ii TABLE DES MATI RES Les di lectriques Le th or me de Gauss pour les di lectriques Les vecteurs po

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Michelle Hébert
il y a 6 ans
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1 Table des mati res 1 Pr ambules 3 2 Introduction Les domaines de la physique Les quatre types de force L' lectrostatique La loi de Coulomb La charge lectrique Le champ lectrique Notion de champ D nition du champ lectrique Le concept de champ en physique Les lignes de champ Le th or me de Gauss Le ux lectrique Le th or me de Gauss Applications Le potentiel lectrique Travail fourni par une charge lectrique Les surfaces quipotentielles L' lectron volt Le champ et le potentiel dipolaire Les champs lectriques dans la mati re Champs lectriques macroscopiques Conducteurs dans des champs lectriques Les isolants dans les champs lectriques Dip le plong dans un champ uniforme Les condensateurs Historique Les condensateurs D termination de la capacit d'un condensateur L' nergie emmagasin e dans un condensateur i

2 ii TABLE DES MATI RES Les di lectriques Le th or me de Gauss pour les di lectriques Les vecteurs polarisation et d placement lectrique Magn tisme Le courant lectrique Le courant lectrique stationnaire Loi d'ohm et r sistance Variation de en fonction de la temp rature Puissance Les champs magn tiques Les lignes de champs magn tiques Le th or me d'amp re Les champs cr s par un sol no de et une bobine en forme de tore Loi de Biot et Savart Forces magn tiques sur les conducteurs Force sur un l conducteur Le moment sur une boucle de courant D nition de l'amp re et du coulomb Galvanom tres, moteurs et autres L'eet Hall La d couverte de l' lectron L' mission thermo lectronique et le tube rayons cathodiques Les mat riaux magn tiques La magn tisation Le ferromagn tisme L'hyst r sis Diamagn tisme et paramagn tisme Champ lectrique induit La d couverte de Faraday La loi d'induction de Faraday et la loi de Lenz Le champ lectrique induit Le g n rateur lectrique La force contre- lectromotrice Les transformateurs et le transport de l' nergie lectrique Inductance, nergie et oscillations L'inductance mutuelle L'autoinduction L' nergie emmagasin e dans un champ magn tique.. 105

3 TABLE DES MATI RES iii 6 Les circuits Les circuits en courant continu Les lois de Kircho Imp dance R sistances et condensateurs en s rie ou en parall le Amp rem tres et voltm tres Un circuit comportant une r sistance et un condensateur Un circuit r sonnant : le circuit RLC Courant alternatif Les circuits RC, RL et RLC en courant alternatif R sistance, condensateurs et bobines d'induction Les imp dances complexes Puissance et nergie Les quations de Maxwell Les th or mes de Stokes et Ostogradsky Les quations de Maxwell Le courant de d placement L'int grale de surface du champ magn tique Les quations de Maxwell La propagation des ondes lectromagn tiques L' nergie des ondes lectromagn tiques

4 iv TABLE DES MATI RES

5 Chapitre 1 Pr ambules Ces notes ont pour but d'aider les tudiants pr parer l' tude du cours de physique g n rale, 2 me partie. Elles ne sont qu'un compl ment aucours oral et permettent de limiter ce cours oral certaines d rivations de formules simples mais fastidueuses. Une relecture attentive par plusieurs personnes (et en particulier par M. de Haan) a permis de limiter le nombre d'erreurs et de fautes de frappe, il en reste cependant certainement de nombreuses. Toute remarque constructive pour r duire encore ce nombre est bien s r la bienvenue. Ce cours est bas sur de nombreux livres de r f rences, la plupart en anglais. En particulier, le plan du cours est proche de celui du livre : The Elements of Physics par I.S. Grant and W.R. Phillips, Oxford University Press, 2001, qui recouvre toute la physique g n rale en un seul volume. Le livre en fran ais le plus proche est : Physique g n rale, II, Electricit et Magn tisme, D. Giancoli, De Boeck Universit (1993) Un troisi me livre, d'un niveau plus lev, a galement servi l' tablissement de ces notes : Electricit et Magn tisme (cours de physique de Berkeley), E. Purcell, A. Colin (1973). La partie de cours consacr e la relativit restreinte est bas e principalement sur : Special Relativity, A.P. French, MIT Introductory Physics Serie (1968). Pour des raisons typographiques, les vecteurs sont repr sent s dans les gures de ces notes par des lettres en caract res gras. 3

6 4 CHAPITRE 1. PR AMBULES

7 Chapitre 2 Introduction 2.1 Les domaines de la physique La premi re partie du cours a t consacr e essentiellement la m canique classique. Celle-ci ne permet pas d' tudier tous les ph nom nes physiques. La m canique de Newton a t trouv e inad quate il y a un peu plus de cent ans pour d crire des objets se d pla ant tr s grande vitesse (proche de la vitesse de la lumi re) ou des objets de tr s petites dimensions ( partir de la taille des atomes). Dans le tableau I, les grandes th ories de la physique sont class es suivant leur domaine de validit. La m canique quantique g n ralise la m canique classique dans le domaine des objets extr mement petits elle est aussi indispensable pour d crire des ph nom nes macroscopiques pour lesquels on ne peut n gliger la structure atomique de la mati re, comme la supraconductivit. La relativit restreinte permet de d crire les objets se d pla ant des vitesses proches de la vitesse de la lumi re. La th orie quantique des champs r unit la m canique quantique et la relativit restreinte dans un formalisme unique. Le sujet de cette deuxi me partie de cours est l' lectrodynamique classique. Nous travaillerons essentiellement dans le domaine non relativiste. Cependant, l' lectrodynamique est automatiquement coh rente avec la relativit restreinte. C'est d'ailleurs cette propri t qui a t un des principaux stimulus au d veloppement de la relativit restreinte. On pourrait ajouter une dimension suppl mentaire au tableau I, concernant lenombre de particules consid rer pour d crire un ph nom ne donn. Si ce nombre est grand (ce que signie grand d pend du type d'interaction entre particules), une autre th orie a t d velopp e : la physique statistique. 5

8 6 CHAPITRE 2. INTRODUCTION Tab. 2.1: Les grands domaines de la physique th orique. M canique Classique (Newton) Relativit restreinte (Einstein) M canique quantique (Bohr, Heisenberg, Schr odinger,...) Th orie quantique des champs (Dirac, Pauli, Feynman) 2.2 Les quatre types de force La m canique apprend comment un syst me se comporte lorsqu'il est soumis certaines forces. Quatre interactions l mentaires seulement sont connues. Par ordre d'intensit d croissante, ce sont lesinteractions : forte lectromagn tique faible gravitationnelle La force forte assure la stabilit des neutrons et protons dans le noyau atomique. Une de ses principales caract ristiques est d' tre tr s courte port e : bien qu' tant l'interaction la plus intense des quatre, sa port e est de l'ordre du fermi et elle ne se fait pas ressentir au dehors du noyau atomique. La force faible est la force responsable de certains types de radioactivit (la radioactivit transforme un noyau atomique en un autre : c'est le r ve des alchimistes de la transmutation des l ments qui est r alis!) sa port e est encore plus faible que celle de la force forte, quelques fractions de fermi. La force lectromagn tique est celle qui va nous int resser dans cette deuxi me partie de cours. Elle joue un r le essentiel dans de tr s nombreux ph nom nes physiques. C'est elle qui est responsable de la stabilit des atomes et des mol cules elle joue ainsi un r le central en chimie.

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