PHY-1441: Electromagnétisme


Informations générales

Dates importantes

Matière couverte

Horaire détaillé

Devoirs et notes supplémentaires


Informations générales

 Ce cours est offert aux étudiant(e)s inscrits au premier cycle en physique (incluant les programmes bidisciplinaires mathématique+physique, et physique+informatique). Il s'agit du premier d'une série de trois cours au premier cycle couvrant l'électromagnétisme, les suivant étant PHY-2441 Optique et ondes électromagnétiques et PHY-3441 Electromagnétisme avancé. Le cours MAT-1410 est co-requis.

Le cours vise à introduire les bases expérimentales, physiques, et mathématiques de l'électromagnétisme classique, tel qu'exprimé par les équations de Maxwell. le cours compte trois grandes sections, soit (1) Electrostatique; (2) Magnétostatique; et (3) Electromagnétisme. Au terme du cours, l'étudiant(e) aura compris les origines expérimentales et la signification physique des équations de Maxwell, et saura les appliquer à diverses situations pratiques en utilisant des techniques mathématiques développées au fil du cours.

Professeur:

Assistants/correcteurs:

Horaire des cours, Hiver 2007:

Heures de bureau:

Manuel de cours:

D.J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics (3rd ed.), Prentice Hall (1999)

Évaluation:

Dates importantes

Matière couverte

Note: un astérisque (*) indique un sujet qui n'est pas couvert dans le manuel de cours; un double-astérisque (**) indique que des notes supplémentaires seront fournies. Un plus (+) indique que ce sujet ne sera couvert que si le temps le permet, et/ou en séance de TP.

  1. Survol et notions fondamentales

    1. Apercu de l'électromagnétisme
    2. Forces électromagnétique versus gravité et forces nucléaires
    3. Quantisation des charges
    4. Le problème fondamental en électromagnétisme
    5. Les équations de Maxwell
    6. Electrostatique et magnétostatique

    PREMIÈRE PARTIE: ÉLECTROSTATIQUE

  2. La loi de Coulomb

    1. Charges ponctuelles
    2. Principe de superposition
    3. Similarités et différences avec la gravité
    4. Distributions de charges

  3. Le champ électrique

    1. Notion de champ
    2. Lignes de champ
    3. Notion de flux
    4. Loi de Gauss sous forme intégrale
    5. Calcul du champ électrique via la Loi de Gauss
    6. Le théorème de la divergence
    7. Loi de Gauss sous forme différentielle
    8. Circulation et rotationnel
    9. Le rotationnel du champ électrique
    10. Le théorème de Stokes
    11. Les équations de Maxwell: post-électrostatique

  4. Le potentiel électrostatique

    1. Champ vectoriel définis en terme d'un potentiel scalaire
    2. Gradient et différence de potentiel
    3. Exemples de potentiels dus à des distributions de charges
    4. Analogie avec la gravité
    5. Equations de Laplace et de Poisson
    6. Solutions des équations de Laplace et Poisson (+)
    7. Développements multipolaires

  5. L'énergie électrostatique (**)

    1. Potentiel et énergie
    2. Énergie électrostatique d'un réseau cristallin: NaCl (*)
    3. Énergie d'un champ électrique
    4. Stabilité d'une distribution de charges (*)
    5. Le théorème d'Earnshaw (*)
    6. Solution numérique de l'équation de Laplace (+,*)
    7. Unicité des solutions à l'équation de Laplace (*)

  6. Les conducteurs

    1. Conducteurs et isolants
    2. Champs électriques dans un conducteur
    3. Conducteur soumis à un champ électrique
    4. Champ électrique et charges à la surface d'un conducteur
    5. Blindage électrostatique
    6. Force électrostatique sur un conducteur
    7. Condensateur et capacité

  7. Courants électriques

    1. Charges en mouvement et courants électriques (**)
    2. La loi d'Ohm (**)
    3. Conductivité et résistivité (*,**)
    4. Courants et conservation de la charge électrique (**)
    5. La force électromotrice
    6. Circuit RC
    7. La foudre et le circuit électrique atmosphérique (*,**)
    8. Propriétés électriques des neurones (+,*,**)

    DEUXIÈME PARTIE: MAGNÉTOSTATIQUE

  8. Le champ magnétique

    1. Magnétisme naturel
    2. Les expériences de Mr Oersted
    3. Les expériences de Mr Ampère
    4. La force de Lorentz
    5. Force magnétique et travail
    6. Mouvement cyclotron
    7. L'aurore boréale (*)
    8. Lévitation magnétique

  9. Courants électriques et champ magnétique

    1. La loi de Biot-Savart
    2. Calcul du champ magnétique du à un courant rectiligne
    3. Calcul du champ magnétique du à une boucle de courant
    4. La divergence du champ magnétique
    5. Le rotationnel du champ magnétique
    6. La Loi d'Ampère
    7. Applications de la Loi d'Ampère: fil, solénoïde
    8. Les équations de Maxwell: post-Ampère

  10. Le potentiel vecteur

    1. Définition du champ magnétique en termes d'un potentiel vecteur
    2. Calcul et applications du potentiel vecteur
    3. Exemples: champ poloidal, champ toroidal (+,*)
    4. Développement multipolaire du potentiel vecteur
    5. Le dipole magnétique

    TROISIÈME PARTIE: ÉLECTROMAGNÉTISME

  11. L'induction

    1. Les expériences de Faraday
    2. La Loi de Faraday
    3. La Loi de Lenz
    4. Applications: générateurs et dynamos
    5. Inductance mutuelle et self-inductance
    6. Circuits RL (+)
    7. Énergie magnétique
    8. Dynamo auto-excité (+,*)
    9. Les orages géomagnétiques (+,*)
    10. Les équations de Maxwell: post-Faraday

  12. Le courant de déplacement

    1. Le paradoxe du condensateur en circuit
    2. Modification de Maxwell à la Loi d'Ampère
    3. Les équations de Maxwell: forme finale!

  13. Et la lumière fut... (+)

    1. Les équations de Maxwell dans le vide
    2. Les ondes électromagnétiques
    3. Le spectre électromagnétique

  14. La Magnétohydrodynamique (*,**)

    1. Les fluides magnétisés
    2. L'équation d'induction dans le régime MHD
    3. Diffusion du champ magnétique
    4. Les champs magnétiques terrestres, planétaires et solaires (+)

  15. Électromagnétisme et relativité

    1. Le paradoxe de la force magnétique
    2. Invariance de la charge
    3. Transformation des champs électriques et magnétiques

Horaire détaillé

Devoirs et notes supplémentaires

-Dernière révision 2 avril 2007 par paulchar@astro.umontreal.ca.