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@ -17,4 +17,132 @@ lessons: |
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! *Thème* :<br> |
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! *Thème* :<br> |
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! *Les équations de Maxwell*<br> |
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! *Les équations de Maxwell*<br> |
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! Guide pour établir les 3 parties : main, overview, beyond<br> |
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! Guide pour établir les 3 parties : main, overview, beyond<br> |
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title: 'The 4 Maxwell\'s equations' |
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published: false |
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routable: false |
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visible: false |
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### Les 4 équations de Maxwell |
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<!---- |
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$`\left \{ |
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\begin{array}{r c l} |
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AB & = & 192 \\ |
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C & = & 5\,896 \\ |
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DEF & = & 0,5 |
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\end{array} |
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\right.`$ |
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$`\left \{ |
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\begin{array}{r c l} |
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\text{ÉlectroStatique} & \; & \text{Maxwell's equations} \\ |
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\text{cause :}\; \rho \longrightarrow \text{effet :}\overrightarrow{E} & \; & \\ |
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\text{cond. validité :}\; \rho=0& \; & \\ |
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div \overrightarrow{E} = \dfrac{\rho}{\epsilon_0} & \; & div \overrightarrow{E} = \dfrac{\rho}{\epsilon_0} \\ |
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\overrightarrow{rot} \;\overrightarrow{E} =0 & \; & \overrightarrow{rot} \;\overrightarrow{E} = -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t} |
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\end{array} |
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\right.`$---> |
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Les équations de Maxwell locales précises les propriétés du champ électromagnétique |
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en tout point de l'espace. |
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$`div \overrightarrow{E} = \dfrac{\rho}{\epsilon_0}`$ |
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$`\overrightarrow{rot} \;\overrightarrow{E} = -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}`$ |
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$`div \overrightarrow{B} = 0`$ |
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$`\overrightarrow{rot} \;\overrightarrow{B} = \mu_0\;\overrightarrow{j} + |
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\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t}`$ |
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$`\rho`$ est la densité volumique de charge totale. |
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$`\overrightarrow{j}`$ est la densité volumique de courant totale. |
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### Équations de Maxwell et conservation de la charge |
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### Équations de Maxwell et propagation du champ électromagnétique |
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### Équations de Maxwell et énergie électromagnétique |
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### Complément à l'électromagnétisme de Maxwell |
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### Le spectre électromagnétique |
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### Rappel de l'équation d'onde d'un champ vectoriel |
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#### équation d'onde simple |
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$`\Delta \overrightarrow{X} - \dfrac{1}{v_{\phi}} \; \dfrac{\partial^2 \;\overrightarrow{X}}{\partial\; t^2}=0`$ |
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de solution |
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#### équation d'onde amortie |
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$`\Delta \overrightarrow{X} - \dfrac{1}{v_{\phi}} \; \dfrac{\partial^2 \;\overrightarrow{X}}{\partial\; t^2}= |
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\beta \; \dfrac{\partial \overrightarrow{X}}{\partial t}`$ |
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où $`\beta`$ est le terme d'amortissement |
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de solution |
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L'expression de l'opérateur Laplacien vectoriel $`\Delta`$ en fonction des opérateurs $`grad`$, $`div`$ et $`rot`$ est : |
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$`\Delta =\overrightarrow{grad} \left(div\right) - \overrightarrow{rot}\, \left(\overrightarrow{rot}\right)`$ |
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### Equation d'onde pour le champ électromagnétique |
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(Ou "Etude du Laplacien du champ électromagnétique") |
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Pour établir l'expression $`\;\;\Delta \overrightarrow{E}\;\;`$, je calcule |
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$`\;\;\overrightarrow{rot}\left(\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{E}\right)\;\;`$ puis |
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$`\;\;\overrightarrow{grad} \left(div \overrightarrow{E}\right)\;\;`$ à partir des équations |
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de Maxwell : |
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* $`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right)= |
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\overrightarrow{rot} \,\left( -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}\right)`$ |
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<br><br> |
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En physique classique non relativiste, espace et temps sont découplés. Les coordonnées spatiales |
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et la coordonnée temporelle sont indépendantes. L'ordre de dérivation ou intégration entre |
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des coordonnées spatiales et la coordonnés temporelle ne change pas le résultat, donc |
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je peux écrire : |
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<br><br> |
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$`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right)= |
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-\dfrac{\partial}{\partial t} \,\left(\overrightarrow{rot}\overrightarrow{B}\right)`$ |
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<br><br> |
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$`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right)= |
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-\dfrac{\partial}{\partial t} \,\left(\mu_0\;\overrightarrow{j} + |
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\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}\right)`$ |
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<br><br> |
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$`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right) |
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=-\mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t} + |
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\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2}`$ |
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<br><br> |
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* $`\overrightarrow{grad} \left( div \; \overrightarrow{E} \right) = \overrightarrow{grad}\left( \dfrac{\rho}{\epsilon_O} \right)`$ |
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La reconstruction de |
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$`\Delta \;\overrightarrow{E} =\overrightarrow{grad} \left(div\;\overrightarrow{E}\right) - \overrightarrow{rot}\, \left(\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{E}\right)`$ |
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donne : |
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$`\Delta \;\overrightarrow{E} = \overrightarrow{grad}\left( \dfrac{\rho}{\epsilon_O} \right) + \mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t} + |
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\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2}`$ |
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ce qui donne par identification au premier terme de l'équation d'onde : |
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$`\Delta \;\overrightarrow{E}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2} = \dfrac{1}{\epsilon_O} \; |
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\overrightarrow{grad}\left(\rho \right)+ \mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t} `$ |