PCSI A - physique - Le cahier de texte 2009-2010

EM1 : Interaction électrostatique : charges électriques et champ électrostatique

I. Charge électrique et distribution de charges

1) Charges électriques
observations expérimentales,Machine de Wimshurst, interprétation, propriétés de la charge
2) Distribution de charges
modélisation, densité de charges (volumiques, surfacique, linéique), déplacement, surface et volume élémentaire
3) Symétries et invariances
symétrie plane, antisymétrie plane, invariance

II. Loi de Coulomb

1) Force d'interaction dans le vide
2) Influence du milieu
3) Principe de superposition

III. Champ électrostatique

1) Expression du champ électrostatique
créé par une charge ponctuelle, par une distribution de charges
2) Topographie du champ
Lignes et tube de champ, expériences, équation d'une ligne de champ

TD
Distribution du TD Électromagnétisme n°1

DM
Distribution du DM n°12 à faire pour Vendredi 7 mai

EM1 : Interaction électrostatique : charges électriques et champ électrostatique

III. Champ électrostatique

4) Calculs de champ E
disque uniformément chargé

TD
Correction des exercices 3, 4 et 5 du TD Électromagnétisme n°1
Animation spire chargée

EM2 : Interaction électrostatique : potentiel électrostatique et énergie potentielle

I. Circulation et gradient

1) Circulation
définition, circulation du champ électrostatique créé par une charge ponctuelle et d'une distribution quelconque
2) Notion de gradient d'une fonction scalaire

II. Potentiel électrostatique

1) Définitions
Cas général, potentiel créé par une charge unique, par une distribution de charges
2) Relation champ-potentiel
relation, problème de définition et de continuité, exemples
3) Topographie

TD
Distribution du TD Électromagnétisme n°2
Correction de l'exercice 4 du TD Électromagnétisme n°2 et de l'exercice 6 du TD Électromagnétisme n°1

EM2 : Interaction électrostatique : potentiel électrostatique et énergie potentielle

III. Énergie potentielle électrostatique

1) Travail de la force électrostatique
2) Énergie potentielle
3) Énergie potentielle d'interaction de deux charges

Dipôle électrostatique

1) Définitions
Dipôle électrostatique, moment dipolaire, exemples
2) Champ et potentiel créé par le dipôle
Potentiel, Champ, Topographie, Carte de champ

Dipôle électrostatique

3) Action d'un champ extérieur sur un dipôle
hypothèses, action d'un champ uniforme, action d'un champ non uniforme, énergie potentielle d'un dipôle dans le champ E

EM3 : Interaction électrostatique : Théorème de Gauss

I. Théorème de Gauss

1) Flux du champ électrostatique
Flux d'un champ de vecteurs, flux du champ E créé par une charge à travers une surface fermée et ouverte
2) Théorème de Gauss
3) Conséquences du théorèmes de Gauss
Flux conservatif dans une région dépourvue de charges, Théorème de l'extremum de potentiel

II. Calculs de champ par le théorème de Gauss

1) Méthode de calcul
2)Exemples de calculs
fil infini, plan infini

EM3 : Interaction électrostatique : Théorème de Gauss

III. Analogie électrostatique et gravitation

1) Analogie formelle
2) Théorème de Gauss pour la gravitation
3) Application : corps à symétrie sphérique

EM4 : Mouvement des particules chargées dans les champ E et B

I. Force de Lorentz

1) Champ magnétique
Observations expérimentales, aimants et courants, définition du champ magnétique
2) Force de Lorentz
3)Puissance de la force de Lorentz


II. Mouvement d'une particule chargée dans un champ E uniforme et permanent

1) Équation du mouvement
2) Équation de la trajectoire
3) Cas ou E est colinéaire à v0

III. Mouvement d'une particule chargée dans un champ B uniforme et permanent

1)Aspect énergétique
2) Mouvement en présence d'un champ B
Mouvement, rectiligne,circulaire, déviation magnétique de particules chargées, cas général : mouvement hélicoïdal
3) Actions de E et B - Applications
Équation du mouvement, applications : accélérateur de particules et spectromètre de masse

TD
Distribution du TD Électromagnétisme n°4
DM
Distribution de la correction du DM n°13.

EM4 : Mouvement des particules chargées dans les champ E et B

IV. Milieux conducteurs

1) Loi d'Ohm locale
Mouvement d'une particule chargée dans un métal, vecteur densité de courant, loi d'Ohm locale, modèle du gaz d'électrons libre
2) Résistance électrique
3) Force magnétique - Force de Laplace
4) Effet Hall

Correction des exercices 3, 4 et 5 du TD Electromagnétisme n°4

EM5 : Interaction magnétique : champ magnétostatique

I. Distribution de courant

1) Courant volumique
Intensité électrique, vecteur densité volumique de courant, vecteur élément de courant
2) Courants surfaciques
3) Courants linéiques

II. Le champ magnétostatique

1) Loi de Biot et Savart
Expression du champ, conséquences, problèmes de définition et de continuité
2) Topographiedu champ B
3) Propriétés de symétries et d'invariance

III. Calculs de B

1) Fil rectiligne
Segment de courant, Fil infini, Définition de l'ampère
2) Bobine circulaire plate
Spire circulaire de courant, Bobine plate circulaire, Bobines de Helmholtz

EM5 : Interaction magnétique : champ magnétostatique

III. Calculs de B

3) Solénoïde circulaire
Définition, Calcul du champ magnétique, Solénoïde infiniment long

EM6 : Interaction magnétique : Circulation et flux du champ magnétostatique

I. Théorème d'Ampère

1) Circulation du champ B
2) Exemple du fil rectiligne infini
Préliminaires, cas d'un contour enlaçant le fil infini, cas d'un contour n'enlaçant pas le fil infini, généralisation
3) Théorème d'Ampère

II. Calculs de champ par le théorème d'Ampère

1) Méthode
2) Conducteur cylindrique
3) Solénoïde infini
4) Bobine torique