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6 years ago
6 years ago
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  2. title : magnetostatics-overview
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  4. visible : false
  5. ---
  6. <!--titre partie principale : MAGNÉTOSTATIQUE -->
  7. ## Quelles perceptions m'indiquent la présence d'un champ magnétique statique?
  8. <!--titre équivalent partie principale : LE CHAMP MAGNÉTIQUE -->
  9. Il faudra une introduction....
  10. Cette belle photo qui résume bien notre lien sensible (dans notre vie de chaque
  11. jour) avec le champ magnétique, pourra après, lorsque les niveaux 1 et 2 seront
  12. créés, passer dans ces niveaux inférieurs. Pour l'instant, elle est là.
  13. ![](magnetic-field-in-life-2.jpg)
  14. ## Quels effets induit un champ magnétique statique ?
  15. <!--titre équivalent partir principale : LE CHAMP MAGNÉTIQUE -->
  16. ### Une force sur une particule chargée en mouvement
  17. ### Une force sur un conducteur parcouru par un courant
  18. ### Force résultante sur une spire parcourue par un courant
  19. #### Spire dans un champ magnétique uniforme
  20. #### Spire dans un champ magnétique non uniforme
  21. ### Moments et couple exercés sur une spire parcourue par un courant
  22. magnétostatique.. statique..
  23. ## Pourquoi se limiter aux vide ou aux milieu non magnétiques ?
  24. <!--titre équivalent partir principale : MAGNETOSTATIQUE dans le VIDE ou les MILIEUX
  25. NON MAGNETIQUES -->
  26. ## Comment se créer un champ magnétique statique ?
  27. Là aussi, cette photo pourra passer au niveaux 1 et 2 quand ils seront créés sur
  28. le magnétisme.
  29. ![](coil-magnetic-field-1-L1200-LR.jpg)
  30. ### Un courant élémentaire stationnaire
  31. ![](causes-magnetism-B-L1200-gif.gif)
  32. ![](causes-magnetism-H-L1200-gif.gif)
  33. Biot et Savart
  34. <!--### Un champ électrique variable dans le temps (à virer, pas magnétostatique)-->
  35. ## Que te dit le théorème d'Ampère intégral ?
  36. <!-- l'équivalent partie "main" sera ""Théorème d'Ampère (intégral)"-->
  37. * Soit une **distribution quelconque de courant** dans l'espace, qui créé *un champ
  38. magnétique* $`\overrightarrow{B}`$ en tout point de l'espace,<br><br>
  39. et soit un **ligne fermée C quelconque** dans l'espace.
  40. ![](Ampere-theorem-1-L1200.jpg)
  41. * Soit une **surface ouverte S quelconque qui s'appuie sur le contour C**.
  42. ![](Ampere-theorem-2-L1200.jpg)
  43. * Choisis une **orientation quelconque du contour C**, et **oriente en conséquence
  44. chaque surface élémentaire dS** constituant la surface S selon la **règle d'orientation
  45. de l'espace dite "de la main droite"**.
  46. ![](Ampere-theorem-3-L1200.jpg)
  47. Partant de la loi de Biot et Savart, le théorème d'Ampère montre que :
  48. * La **circulation du champ d'induction magnétique $`B`$ le long du contour C**
  49. est égale à la *somme algébrique des courants électriques traversant la surface S*, <br><br>
  50. **$`\oint_C \overrightarrow{B} \cdot \overrightarrow{dl} = \mu_0 \cdot \sum_n \overline{I_n}`$** <br>
  51. ou, ce qui revient au même, au *flux du vecteur densité volumique de courant à travers la surface S*<br><br>
  52. **$`\oint_C \overrightarrow{B} \cdot \overrightarrow{dl} = \mu_0 \cdot \iint_S \overrightarrow{j} \cdot \overrightarrow{dS}`$**
  53. <!--![](Ampere-theorem-4-L1200.jpg)-->
  54. ----------
  55. ![](Ampere-theorem-4-portrait-L620.jpg)
  56. ----------
  57. ## Quelle est l'utilité du théorème d'Ampère intégral ?
  58. ## Comment dois-tu l'utiliser ?
  59. ## Pourquoi le théorème d'Ampère intégral est-il insuffisant ?
  60. ![](ampere-integral-insuffisant-L1200.gif)<br>
  61. _Champ magnétique créé par 3 courants électriques rectilignes, infinis et stationnaires,
  62. se propageant dans une direction perpendiculaire au plan de représentation du champ
  63. magnétique._
  64. * Dans les *cas simples*, **l'oeil humain repère immédiatement** les points centre de rotation
  65. des lignes de champ magnétique, qui localisent *les causes
  66. du champ magnétique* dans le plan d'observation.
  67. * Le **théorème d'Ampère intégral** précise, lors d'une circulation non nulle du champ magnétique
  68. le long d'un chemin fermé, la somme totale des courants à l'origine de cette circulation,
  69. mais *ne permet pas la localisation précise des sources* du champ magnétique.
  70. * Il **doit exister une propriété locale** (à l'échelle mésoscopique, donc apparaissant ponctuelle
  71. à la résolution de l'observation) qui en tout point de l'espace *relie le champ magnétique
  72. à sa cause élémentaire locale*.
  73. ## Une idée pour relier une propriété locale du champ magnétique locale à sa cause ?
  74. * Dans la **démonstration du théorème dAmpère** (partie principale), *aucune échelle de taille n'est précisée*
  75. pour les choix du contour d'Ampère et d'une surface s'appuyant sur ce contour.
  76. * $`\Longrightarrow`$ idée 1 : faire tendre le contour d'Ampère vers un
  77. **contour mésoscopique plan autour de chaque point** de résolution de l'espace,
  78. la *circulation* ainsi calculée sera une *propriété locale du champ*.
  79. * $`\Longrightarrow`$ idée 2 : choisir pour *surface associée* la
  80. **portion de plan mésoscopique délimité par le contour précédent**, le *flux du courant*
  81. à travers cette surface mésoscopique déduit du théorème d'Ampère
  82. sera ainsi un *courant local*.
  83. * Cette idée est à la **base de la notion de champ rotationnel** d'un champ vectoriel.
  84. ## Qu'est-ce que le champ rotationnel de B ?
  85. Le champ rotationnel de B est un **champ vectoriel**.
  86. En *tout point M de l'espace*, le vecteur **$`\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{B_M}`$ indique** :
  87. * en mots :<br>
  88. \- le **plan local** dans lequel s'effectue la **rotation de $`\overrightarrow{B_M}`$** par sa *direction*.<br>
  89. $`\Longrightarrow`$ la *direction de $`\overrightarrow{j}`$*, vecteur densité volumique de courant.<br><br>
  90. \- le **sens de la rotation** de $`\overrightarrow{B_M}`$ par le *sens de $`\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{B_M}`$
  91. et la *règle d'orientation* de l'espace.<br>
  92. $`\Longrightarrow`$ le *sens de $`\overrightarrow{j}`$*, vecteur densité volumique de courant.<br><br>
  93. \- l'**intensité du champ magnétique créé** par *norme de $`\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{B_M}`$*<br>
  94. $`\Longrightarrow`$ la *norme de $`\overrightarrow{j}`$*, vecteur densité volumique de courant.
  95. * mathématiquement et plus précis : **$`\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{B}=\mu_0 \cdot \overrightarrow{j}`$**
  96. ## Comment se détermine son expression en coordonnées cartésiennes ?
  97. ![](Rotationnel-B-cartesian-web-L1200-ok.jpg)
  98. ![](Rotationnel-B-cartesian-2-web-L1200-ok.jpg)
  99. ![](Rotationnel-B-cartesian-3-web-L1200-ok.jpg)
  100. ## Comment visualiser et mémoriser le théorème de Stokes ?
  101. <!-- l'équivalent partie "main" sera ""Le théorème de Stokes"-->
  102. *Guide de démonstration et Aide à la mémorisation*
  103. * Soit un **champ vectoriel $`\overrightarrow{X}(\overrightarrow{r})`$**, et un
  104. **contour fermé C** dans l'espace.<br>
  105. $`\Longrightarrow \overrightarrow{X}`$ est défini en chaque point de C.
  106. ![](Th-Stokes-1-L1200.jpg)
  107. * Soit le **choix d'un sens de parcours positif** sur le contour C, qui oriente
  108. les déplacements élémentaires $`\overrightarrow{X}`$ de ce contour.<br>
  109. $`\Longrightarrow`$ la circulation $`\mathcal{C}`$ de $`\overrightarrow{X}`$ le long de C peut
  110. être calculée.
  111. ![](Th-Stokes-2-L1200.jpg)
  112. * Soit une **surface quelconque ouverte S s'appuyant sur C**.
  113. ![](Th-Stokes-3-L1200.jpg)
  114. <!-- cette figure ci-dessous n'est peut-être pas nécessaire. On verra s'il y a des questions étudiantes.
  115. * Sur chaque branche de l'ensemble des surfaces élémentaires constituant le surface S,
  116. la circulation de \overrightarrow{X}`$ est défini
  117. ![](Th-Stokes-4-L1200.jpg) -->
  118. * Le **sens positif d'orientation sur C** *impose le sens positif d'orientation
  119. des contours élémentaires** fermés qui délimitent les surfaces élémentaires de S.
  120. ![](Th-Stokes-5-L1200.jpg)
  121. * La **règle d'orientation de lespace de la main droite** permet alors l'*orientation
  122. de chacune des surfaces élémentaires* de S.
  123. ![](Th-Stokes-6-L1200.jpg)
  124. ![](Th-Stokes-7-L1200.jpg)
  125. ![](Th-Stokes-8-L1200.jpg)
  126. ![](Th-Stokes-9-L1200.jpg)
  127. ![](Th-Stokes-10-L1200.jpg)
  128. * Ou **1 figure GIF** ?
  129. ![](Th-Stokes-gif-1-L600.gif)
  130. ![](Th-Stokes-gif-2-L600.gif)
  131. ![](Th-Stokes-gif-3-L600.gif)
  132. ![](Th-Stokes-gif-4-L600.gif)
  133. ![](Th-Stokes-gif-5-L600.gif)
  134. ![](Th-Stokes-gif-6-L600.gif)
  135. ![](Th-Stokes-gif-7-L600.gif)
  136. ![](Th-Stokes-gif-8-L600.gif)
  137. ![](Th-Stokes-gif-9-L600.gif)
  138. ![](Th-Stokes-gif-10-L600.gif)
  139. ## Que te dit le théorème d'Ampère local ?
  140. <!-- l'équivalent partie "main" sera ""Théorème d'Ampère (intégral)"-->