Cours d'électricité et de magnétisme

Leçon 1 • Nature et propriétés de la charge électrique

Couvre la quantification, la conservation et la polarité de la charge. Ancre toute l'analyse électrostatique ultérieure dans une compréhension au niveau atomique.

Leçon 2 • Principe de superposition pour des charges multiples

Étend la loi de Coulomb à des systèmes de trois charges ou plus en utilisant l'addition vectorielle. Développe l'aisance dans la résolution de problèmes nécessaire pour le travail sur le champ électrique à venir.

Leçon 3 • Distribution de charge et induction

Examine la distribution de charge de surface sur les conducteurs et la charge par induction. Prépare les étudiants aux applications du théorème de Gauss dans le chapitre suivant.

Leçon 1 • Application du théorème de Gauss aux systèmes symétriques

Résout les champs de symétrie sphérique, cylindrique et planaire à l'aide du théorème de Gauss. Renforce quand et pourquoi la loi simplifie des intégrales autrement complexes.

Leçon 2 • Théorème de Gauss : énoncé et flux

Définit le flux électrique et énonce le théorème de Gauss sous forme intégrale. Établit la stratégie basée sur la symétrie pour simplifier les calculs de champ.

Leçon 3 • Champ électrique des distributions de charge continues

Applique l'intégration aux tiges, aux anneaux et aux disques de charge. Développe les compétences de calcul de champ basées sur le calcul intégral utilisées tout au long du cours.

Leçon 4 • Concept de champ électrique et visualisation

Introduit le champ comme force par unité de charge d'essai et utilise des diagrammes de lignes de champ. Fait passer la réflexion d'une action à distance à une interaction médiée par le champ.

Leçon 1 • Relier le champ électrique au potentiel

Dérive la relation de gradient entre le champ et le potentiel. Permet aux étudiants d'extraire des informations de champ à partir de cartes de potentiel et vice versa.

Leçon 2 • Potentiel des distributions de charge continues

Intègre le potentiel de charge ponctuelle sur les tiges, les anneaux et les disques. Étend les compétences basées sur le calcul intégral du chapitre sur le champ électrique aux quantités scalaires.

Leçon 3 • Travail, énergie et potentiel électrique

Relie le travail effectué par la force électrique aux variations de l'énergie potentielle. Motive le potentiel scalaire comme une alternative plus pratique aux champs vectoriels.

Leçon 4 • Conducteurs et potentiel à l'équilibre

Montre que les surfaces des conducteurs sont équipotentielles et analyse la géométrie des condensateurs. Fait le pont entre la théorie du potentiel et le chapitre sur la capacité qui suit.

Leçon 1 • Énergie stockée dans un condensateur

Dérive l'énergie stockée en fonction de la charge, de la tension et de la capacité. Introduit la densité d'énergie comme un concept basé sur le champ applicable à tous les systèmes électromagnétiques.

Leçon 2 • Applications pratiques des condensateurs

Passe en revue les types réels de condensateurs, les tolérances et les cas d'utilisation de stockage d'énergie. Ancre les connaissances théoriques dans des contextes d'ingénierie et de technologie.

Leçon 3 • Diélectriques et polarisation

Explique la polarisation moléculaire, la constante diélectrique et son effet sur la capacité. Relie le comportement dipolaire microscopique aux paramètres macroscopiques du circuit.

Leçon 4 • Capacité et géométrie du condensateur

Définit la capacité comme la charge par unité de tension et la dérive pour les géométries à plaques parallèles, cylindriques et sphériques. Établit les facteurs géométriques contrôlant la capacité.

Leçon 1 • Résistances en série et en parallèle

Dérive la résistance équivalente pour les réseaux en série et en parallèle et applique les diviseurs de tension. Développe des compétences systématiques de simplification de circuits.

Leçon 2 • Sources de force électromotrice et résistance interne

Modélise les piles et les générateurs comme des sources de force électromotrice avec résistance interne. Explique la chute de tension aux bornes sous charge, essentielle pour la conception de circuits réels.

Leçon 3 • Dissipation de puissance et mesures de circuits

Calcule la puissance dans les résistances et analyse les effets de charge de l'ampèremètre et du voltmètre. Relie l'analyse théorique à la précision de mesure pratique.

Leçon 4 • Courant, résistance et loi d'Ohm

Définit la densité de courant, la résistivité et la loi d'Ohm aux niveaux microscopique et macroscopique. Établit la relation fondamentale V-I pour toute analyse de circuit.

Leçon 1 • Mouvement circulaire et hélicoïdal dans les champs magnétiques

Analyse le mouvement cyclotron et les trajectoires hélicoïdales des particules chargées. S'applique aux spectromètres de masse, aux cyclotrons et aux dispositifs de confinement du plasma.

Leçon 2 • Force sur les conducteurs parcourus par un courant

Dérive la force sur un segment de courant droit et courbe dans un champ magnétique. Relie la force au niveau des particules au comportement macroscopique du conducteur.

Leçon 3 • Force de Lorentz sur les charges en mouvement

Dérive la force magnétique sur une charge en mouvement et la combine avec la force électrique. Permet l'analyse du mouvement des particules dans des champs E et B combinés.

Leçon 4 • Effet Hall et identification des porteurs de charge

Explique l'effet Hall et son utilisation pour déterminer le signe et la densité des porteurs. Démontre comment les forces magnétiques révèlent les propriétés microscopiques du conducteur.

Leçon 1 • Forces entre courants parallèles et matériaux magnétiques

Dérive la force par unité de longueur entre des fils parallèles et introduit la perméabilité magnétique. Relie le magnétisme basé sur le courant aux propriétés magnétiques des matériaux.

Leçon 2 • Loi d'Ampère : énoncé et application

Énonce la loi d'Ampère sous forme intégrale et identifie les conditions de symétrie pour son utilisation. Parallèle à la stratégie du théorème de Gauss appliquée précédemment aux champs électriques.

Leçon 3 • Champ magnétique des boucles et des bobines

Intègre Biot-Savart sur des boucles circulaires et des paires de bobines de Helmholtz. Construit vers l'analyse des solénoïdes et des tores dans les sections suivantes.

Leçon 4 • Solénoïdes et tores

Applique la loi d'Ampère pour dériver les champs intérieurs uniformes des solénoïdes et des tores. Établit la base pour l'analyse de l'inductance et du transformateur dans les chapitres ultérieurs.

Leçon 1 • Équations de Maxwell et ondes électromagnétiques

Présente les quatre équations de Maxwell, introduit le courant de déplacement et dérive l'équation d'onde. Culmine le cours en unifiant l'électricité, le magnétisme et l'optique.

Leçon 2 • Loi de Faraday sur l'induction électromagnétique

Énonce la loi de Faraday en termes de variation du flux magnétique et dérive la force électromotrice induite. Unifie les phénomènes électriques et magnétiques en une seule relation dynamique.

Leçon 3 • Inductance mutuelle et transformateurs

Dérive l'inductance mutuelle et l'applique aux rapports de tension et de courant du transformateur idéal. Relie la théorie de l'induction à la technologie de transmission de puissance.

Leçon 4 • Loi de Lenz et conservation de l'énergie

Applique la loi de Lenz pour déterminer la direction du courant induit et vérifie la conservation de l'énergie. Renforce la signification physique derrière le signe négatif dans la loi de Faraday.