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 Cours s1 electricite BCG

Cours de Physique - S1

Chapitre I : Electrostatique

L'électrostatique est la branche de l'électricité qui étudie les phénomènes liés aux charges électriques fixes. Voici une introduction et une exploration des concepts fondamentaux de ce domaine.

1. Introduction

1.1 Electrisation par frottement (triboélectricité)

• Expérience avec une tige en verre :
  • Une tige en verre bien sèche, frottée avec un morceau de drap en soie ou en laine, attire de petits morceaux de papier. Cela montre que le verre s'est électrisé.
  • La même expérience avec un bâton d’ébonite produit le même effet.
  • Une tige métallique en cuivre, frottée de la même manière, n'attire pas les morceaux de papier lorsqu'elle est tenue à la main.
  • Toutefois, si la tige métallique électrisée est tenue par un manche en bois, elle attire les morceaux de papier.

Interprétation des expériences

Ces expériences montrent que certains matériaux, comme le verre et l’ébonite, peuvent acquérir une charge électrique par frottement et que cette charge reste localisée. En revanche, les métaux, lorsqu'ils sont isolés, peuvent également se charger électriquement. Les charges électriques peuvent exercer des forces attractives ou répulsives, et ces charges peuvent être transférées d'un matériau à un autre.

Table des matières

1. Introduction
   1. Electrisation par frottement (triboélectricité)................. 9
   2. Les deux types d’électricité ......... 10
   3. Autres modes d’électrisation ........................ 10
   4. L’électroscope à feuilles d’or ......................... 11
   5. La charge électrique.................... 11
   6. Quantification de la charge électrique........... 12
   7. Principe de la conservation de la charge électrique......... 13
   8. L’électrisation et la constitution de la matière................. 13
   9. Aperçu historique ....................... 14
2. La Force Électrique
   1. Loi de Coulomb........................... 15
   2. Validité de la loi de Coulomb ........................ 17
3. Le Champ Électrique
   1. Champ électrique........................ 18
   2. Champ électrostatique créé par une charge ponctuelle isolée........... 19
   3. Champ créé par plusieurs charges ponctuelles: Principe de superposition......... 19
   4. Champ créé par une distribution continue de charges ..................... 20
   5. Champ uniforme......................... 20
4. Le Potentiel Électrique
   1. Circulation d’un vecteur ............. 21
   2. Potentiel électrique .................... 22
   3. Cas de plusieurs charges, d’une distribution de charges ................. 23
5. Topographie du Champ Électrique
   1. Ligne de champ........................... 25
   2. Tube de champ ........................... 26
   3. Surface équipotentielle................ 27
6. Travail & Énergie
   1. Travail de la force électrique ......................... 28
   2. Énergie potentielle ...................... 29
   3. Énergie interne d’une distribution de charges électriques ............... 29
7. Le Dipôle Électrique
   1. Moment dipolaire électrique......................... 30
   2. Potentiel électrique créé par un dipôle ......... 30
   3. Calcul du champ électrique créé par un dipôle............... 31
   4. Dipôle placé dans un champ électrique uniforme ........... 32
      1. Couple.......................... 32
      2. Énergie potentielle........ 32
8. Les Diélectriques
9. Théorème de Gauss
   1. Flux d’un vecteur à travers une surface........ 35
   2. Vecteur excitation ou déplacement électrique................. 35
   3. Théorème de Gauss .................... 36
   4. Applications du théorème de Gauss.............. 36

Exercices du Chapitre I

Des exercices à la fin du chapitre permettent de consolider la compréhension des concepts abordés.

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Chapitre II : Conducteurs en équilibre électrostatique

1. Équilibre Électrostatique
   1. Champ électrique........................ 43
   2. Potentiel électrique ..................... 43
   3. Répartition des charges .............. 44
   4. Champ au voisinage d’un conducteur : Théorème de Coulomb ........ 45
   5. Pression électrostatique .............. 46
   6. Pouvoir des pointes..................... 46
   7. Conducteur creux....................... 48
   8. Capacité d’un conducteur........... 49
2. Phénomènes d’Influence
   1. Éléments correspondants ........... 51
   2. Influence partielle ....................... 51
   3. Influence totale .......................... 52
3. Condensateurs
   1. Les condensateurs ...................... 53
   2. Capacité d’un condensateur ......................... 54
   3. Association de condensateurs ...................... 56
4. Énergie et Force
   1. Énergie électrostatique d’un conducteur....... 58
   2. Énergie électrostatique d’un ensemble de conducteurs en équilibre................... 58
   3. Calcul de la force à partir de l’énergie .......... 58
   4. Énergie emmagasinée dans un condensateur ................ 60
   5. Localisation de l’énergie : Densité d’énergie électrostatique .............. 61
   6. Force s’exerçant sur l’armature d’un condensateur........ 61

Exercices du Chapitre II

Des exercices à la fin du chapitre permettent de consolider la compréhension des concepts abordés.

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Chapitre III : Les Courants Continus

1. Courants Électriques
   1. Origine du courant électrique ....................... 67
   2. Courant permanent .................... 68
   3. Sens conventionnel du courant ................... 68
   4. Intensité du courant................... 68
   5. Ligne de courant......................... 69
   6. Vecteur densité de courant......... 69
   7. Mouvement des électrons dans le vide.......... 70
   8. Mouvement des électrons dans un conducteur............... 70
2. Loi d’Ohm
   1. Loi d’Ohm à l’échelle macroscopique ............. 72
   2. Forme locale de la loi d’Ohm......................... 72
   3. Groupement de résistances ......................... 75
3. L'Effet Joule
4. Générateurs
   1. Définitions ................ 77
   2. Générateurs à vide : Force électromotrice (f.é.m) ............ 77
   3. Générateur en charge ................. 78
   4. Association de générateurs ......... 81
5. Récepteurs
   1. Force contre électromotrice d’un récepteur : f.c.é.m d’un récepteur................ 82
   2. Schéma équivalent d’un récepteur................ 82
   3. Différence de potentiel aux bornes d’un récepteur.......... 82
   4. Rendement d’un récepteur.......... 82
6. Analyse d’un Réseau Électrique
   1. Définitions ................ 83
   2. Lois de Kirchhoff......................... 83
7. Charge et Décharge d’un Condensateur
   1. Étude de la charge du condensateur ............ 85
   2. Étude de la décharge du condensateur......... 89

Exercices du Chapitre III

Des exercices à la fin du chapitre permettent de consolider la compréhension des concepts abordés.

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Chapitre IV : Magnétostatique

1. Introduction
   1. Propriétés des aimants................ 93
   2. Champ magnétique..................... 94
   3. Force de Coulomb....................... 95
   4. L’expérience d’Oersted et ses conséquences.................... 95
2. Action d’un Champ Magnétique sur le Mouvement d’une Charge Électrique
   1. Force de Lorentz ......................... 95
   2. Application : Mouvement d’une particule dans un champ magnétique............... 96
3. Action d’un Champ Magnétique sur un Courant Électrique
   1. Force de Laplace ......................... 98
   2. Action d’un champ sur un circuit fermé : Moment magnétique ........ 99
   3. Énergie d’un circuit placé dans un champ magnétique .................. 100
4. Champ Magnétique Créé par un Courant
   1. Loi de Biot et Savart.................. 102
   2. Calcul du champ créé par un courant........ 104
   3. Cas particuliers de la loi de Biot et Savart ............ 104
5. Théorème d’Ampère
   1. Flux d’un vecteur à travers une surface ............. 105
   2. Théorème d’Ampère................. 105
   3. Applications du théorème d’Ampère ................... 106
6. Notion d’Induction et d’Auto-Induction
   1. Induction mutuelle et coefficient d’induction mutuelle............. 107
   2. Auto-induction et coefficient d’auto-induction ............. 108
7. Énergie et Force
   1. Énergie d’un circuit inductif ........ 109
   2. Force magnétique........................ 110

Exercices du Chapitre IV

Des exercices à la fin du chapitre permettent de consolider la compréhension des concepts abordés.

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Chapitre V : Induction Électromagnétique

1. Loi de Faraday
2. Expériences de Faraday
3. Induction de Neumann
4. Courants de Foucault
5. Induction d’une Bobine

Exercices du Chapitre V

Des exercices à la fin du chapitre permettent de consolider la compréhension des concepts abordés.

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Ce syllabus couvre les principaux concepts et théories de l'électrostatique et de la magnétostatique, offrant une base solide pour les étudiants en physique au niveau universitaire. Les chapitres incluent des explications détaillées, des exemples pratiques, et des exercices pour faciliter la compréhension et l'application des concepts théoriques.

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