ectromagnétisme 2e ann e MP MP PC PC PSI PS

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https://•vw. uw. facebook. com/bibliotheque. electronique. des. classes . prepa https://vwuw. facebook. com/groups/bibliotheque. electronique. des . classes. prepa/ NOUVEAU OGRAMM ROGRAM OGRAM Sni* to View Electromagnétisme 2 année PSI Jean-Marie BRÉBEC Professeur en classes préparatoires au lycée Saint-Louis à Paris Thierry DESMARAIS Professeur en classes préparatoires au lycée Vaugelas ? Chambéry Alain FAVIER Professeur en classes préparatoires au lycée Champollion ? intellectuelle n’autorisant, aux termes des articles L . 22-4 et L . 122-5, d’une part, que es « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et, d’autre part, que « les analyses et les courtes citations » dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite ».

Cette représentation ou reproduction, par quelque p ro c é d é que ce soit, sans autorisation de l’éditeur ou du Centre français de l’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands- Augustins, 75006 paris), constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal. 11 CHARGES ET CHAMP ÉLECTROMAGNÉTIQUE CHAMP ÉLECTROMAGNÉTIQUE PERMANENT 37 COMPLEMENTS DE MAGNE OSTATIQUE

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63 k- CONDUCTEURS EN ÉQUILIBRE ÉLECTROSTATIQUE CONDENSATEURS (MP-PT) 93 par filière. Cependant les parties de programme spécifiques à une ou plusieurs filières sont bien signalées.

Ces Indications n ‘ e m p ê c h e n t pas un élève souhaitant approfondir ses connaissances dans un domaine donné , d’ étud i e r une partie non retenue pour sa filière. Ce d é co u p a ge présente l’intérêt d’englober un ensemble cohérent et complet de connaissances et d’applications pour une m a ti è re , ce qui est un atout pour aborder les T PE (travaux d’initiative personnelle encadrés) et A D S (analyse de documents scientifiques), par exemple. • La physique est une science ex pé rime n tal e et doit être e n se ign é e en tant que telle.

Les auteurs ont particulièrement soigné la description des dispositifs e x p é ri m e n ta u x et des protocoles o pé rato re s qu’ils ont illustrés de nombreux s c h é m a s . Souhaitons que leurs efforts incitent les rofesseurs à accorder davantage de place aux activités e x p é r i mentales, toujours très formatrices, dans leurs cours et les élèves à sy intéresser davantage pour mieux a p pré he n d e r les phénomènes. • La physique n’est pas une science dés in ca rn é e, uniquement p ré o cc u pé e de spéculations fermées aux réalités technologlques.

Chaque fos que le sujet s’y prête, les auteurs donnent une large place aux applications scientifiques ou industrielles propres à motiver les futurs chercheurs et ingénieurs. • L a physique n’est pas une science aseptisée et intemporelle, lle est le produit et ingénieurs. elle est le produit d’une é po q u e et ne s’exclut pas du champ des activités humaines. Les auteurs ont fait référence ? l’histoire des sciences, aussi bien pour décrire I év o lution des modè le s théoriques que pour replacer les exp é rien ces dans leur contexte. ?? La physique étudie des p hé no m è n e s naturels et des systèmes dont elle cherche à m od é I i s e r les comportements et ? prévoir les évolutions. Cette modélisation amène inévitablement à relier des grandeurs physiques entre elles et à o p é rer des traitements m a thé m ati ques . Les auteurs ont d on né aux m athé m a tiqu es leur juste place, en privi égiant la réflexion et le raisonnement physique et en mettant l’accent sur les p aram è tre s significatifs et les relations qui les unissent. m aîtris e de la physique né ces s it e un apprentissage et un entraineme n t : pour cela les auteurs ont sé lectio n né des exercices nombreux et v a r i é s , extraits des é p re u v e s écrites et orales des concours d e n tr é e aux Grandes Éco le ces exercices s’appuient sur des situations c o n c r è t e s et conduisent à des applications n u m é r q u e s correspondant ? es dispositifs réels ou des p h é n o m è n e s quotidiens. Tous les exercices sont c or ri gé s de façon d éta il lé e . Dans les exercicescommentés. la solution est discu é s de façon détaillée .

Dans les exercicescommentés. la solution est discutée et les erreurs à ne pas commettre s ign al é es. L’équipe d’auteurs, co o rd o n né e par Jean-Marie B RÉBEC estcomposéede professeurs très e x pé rime n té s de classes préparatoires ; ils possèdent une longue pratique des concours des Grandes Écoles, et leur co m pé t e n ce scientifique est nanimement reconnue. Ces ouvrages de seconde année s’inscrivent dans une parfaite continuité avec ceux de première a n n é e , tant dans la forme que dans l’esprit, car le noyau de I é q u i pe d’auteurs est le même.

Gageons que ces ouvrages constitueront de précieux outils pour les étudiants, tant pour une préparation efficace des concours que pour l’acquisition d’une solide culture scientifique. J. -P. DURAN DEA U et M. -B. MAUHOURAT suite l’unification, due ? J. -C. Maxwell en 1864, des phénomènes électriques et magnétiques que d’autres scientifiques avaient bordés indépendamment avant lui : les français P. Laplace (1749-1827) et AM. Ampère (1775-1836) ou l’anglais M. Faraday (1791-1867) notamment. • Charges et courants électriques (Cours de Première année). Électrostatique et magnétostatique (Cours de Première année). ?lectromagnétisme Charges et courants électrique La densité volumique de charges en un point M d’une distribution est définie comme une moyenne à l’échelle mésoscopique : dt où dq ( M , t) est la quantité de charges contenue à l’instant t dans le volume élémentaire mésoscopique, dt , entourant le point M (doc. a). Ce volume doit être . • grand à féchelle microscopique (atomque) pour que le mllieu puisse être considéré comme continu ; • faible à l’échelle macroscopique pour que la distribution de charges soit décrite précisément dans e étudié. écrite par une densité surfacique de charges s ( M , t ) , grandeur locale qui s’exprime en C . m-2. De même lorsque deux des dimensions du volume sont faibles devant la troisième, la distribution de charges peut être décrite de manière linéique : d q (M, t) = I (M , t) d (doc. IC) où I (M , t) est une grandeur locale (C . m-1). La très faible extension spatiale de certaines particules chargées devant les dimensions du problème étudié (ions issus d’un accélérateur, cations et anions d’un réseau cristallin) peut justifier leur modélisation par des charges ponctuelles. Hachette Livre — H prépa / Électromagnétisme, 2e année, MP- PC-PSI-PT- La photocopie non autorisée est un délit. 1. 2. Distribution de courants 1. 2. 1 . Courants électriques Les mouvements de particules chargées sont à l’origine des courants électriques. Si les charges mobiles d’une distribution, caractérisées par la densité r m (M, t), e déplacent à la vitesse v (vitesse d’ensemble, doc. 2) dans le référentiel d’étude, le vecteur densité de courant volumique j associé à ce mouvement est défini par : 1 . . Distribution de charges -2. j se mesure en A. Remarques • La densité volumique de charges ne s’identifie pas nécessairement à la densité volumique de charges mobiles : pour un métal, les charges de conduction sont uniquement les électrons et la densité de charges mobiles est r m = -Ne, où N est le nombre d’électrons libres par unité de volume (1 par atome pour le cuivre par exemple) ; si leur vitesse de déplacement est niforme, la neutralité électrique est aussi assurée localement et r- O (doc. 3a). 6 Doc. Ba.

Dans un métal r m *r ici égale au flux du vecteur j à travers cette surface (doc. 2) : fJSj( M, t). ds Doc. Cas d’un électrolyte d’ions de même mobilité. Montrer que l’on peut adopter deux modélisations différentes pour la distribution de courant (supposée uniforme) dans ce solénoïde et les relier l’une à l’autre. d axe du solénoide Doc. 6. Première modélisation On peut considérer que les courants sont filiformes, puisque la dimension transversale d = 0,4 mm du fil js eut aussi adopter une modélisation surfacique puisque d R.

La distribution est alors une nappe de courant de vecteur j S = j Se q avec 10 jS . e q d , soit puisque le courant est uni- forme Remarque : On pourra utiliser indifféremment l’une ou l’autre de ces modélisations suivant le problème posé. 7 Conservation de la charge électrique 2. 1. Principe de conservation intensité Dans le circuit représenté sur le document 7, la charge du condensateur entraîne l’apparition de charges sur ses armatures. Mais lorsqu’une armature du condensateur a acqui PAGF OF l’autre armature porte