Cours force de Laplace

Leçon 1 • Concepts de champ électrique et magnétique

Définit les champs électrique et magnétique en tant que grandeurs vectorielles. Relie les représentations des champs aux forces qu'ils exercent sur les particules chargées.

Leçon 2 • Notions de base sur la charge électrique et le courant

Introduit la quantification de la charge électrique, le flux de courant et la conservation de la charge. Établit les grandeurs physiques qui sous-tendent tous les calculs de force ultérieurs.

Leçon 3 • Mathématiques vectorielles pour l'analyse des champs

Revient sur les produits scalaires, les produits vectoriels et les systèmes de coordonnées essentiels aux calculs de force. Fournit la boîte à outils algébrique utilisée tout au long du cours.

Leçon 1 • Mouvement circulaire et hélicoïdal des particules

Analyse les trajectoires des particules chargées dans des champs magnétiques uniformes. Relie l'accélération centripète à la force magnétique pour les calculs de rayon et de période.

Leçon 2 • Considérations énergétiques dans la force magnétique

Démontre que la force magnétique ne travaille pas sur une charge en mouvement. Clarifie la distinction entre la direction de la force et le transfert d'énergie.

Leçon 3 • Forces électriques et magnétiques combinées

Étend la loi de force pour inclure des champs électriques et magnétiques simultanés. Les étudiants déterminent les vecteurs force totale dans des environnements à champs multiples.

Leçon 1 • Force sur un segment de conducteur rectiligne

Applique la formule de la force de Laplace à des conducteurs rectilignes finis dans des champs uniformes. Les étudiants calculent la norme, la direction et les composantes de la force résultante.

Leçon 2 • Force sur les conducteurs courbes et irréguliers

Étend le calcul de la force aux conducteurs non rectilignes par intégration curviligne. Les étudiants établissent et évaluent des intégrales pour des arcs et des chemins arbitraires.

Leçon 3 • Force sur une boucle de courant fermée

Démontre que la force de Laplace nette sur une boucle fermée dans un champ uniforme est nulle. Introduit le concept de couple comme effet mécanique dominant.

Leçon 1 • Couple sur une boucle de courant rectangulaire

Dérive le couple à partir des forces de Laplace appariées sur les côtés opposés d'une boucle rectangulaire. Fournit le modèle fondamental du fonctionnement du moteur électrique.

Leçon 2 • Force sur un dipôle dans des champs non uniformes

Montre qu'un dipôle magnétique ne subit une force de translation nette que dans des champs non uniformes. Relie le gradient du champ à la force sur le dipôle.

Leçon 3 • Moment dipolaire magnétique

Définit le vecteur moment dipolaire magnétique pour des boucles de courant de forme quelconque. Relie de manière compacte le moment dipolaire au couple et à l'interaction avec le champ.

Leçon 1 • Force entre conducteurs non parallèles

Étend l'analyse des forces aux configurations de fils inclinés et perpendiculaires. Les étudiants utilisent l'intégration vectorielle pour trouver les forces et les couples résultants.

Leçon 2 • Force entre deux conducteurs parallèles

Applique la loi de force de Laplace en utilisant le champ d'un fil agissant sur l'autre. Dérive la formule de la force par unité de longueur et les règles d'attraction/répulsion.

Leçon 3 • Champ magnétique d'un fil rectiligne infini

Dérive la norme et la direction du champ autour d'un long conducteur rectiligne à l'aide de la loi d'Ampère. Fournit la source de champ pour l'analyse de la force entre conducteurs.

Leçon 1 • Actionneurs linéaires et canons à rails

Modélise la production de force linéaire à l'aide de la force de Laplace sur un conducteur coulissant dans un champ magnétique. Relie la force, le courant et le champ à l'accélération.

Leçon 2 • Haut-parleurs et actionneurs à bobine mobile

Analyse la bobine mobile en tant que transducteur de la force de Laplace convertissant le courant en déplacement linéaire. Les étudiants calculent la sensibilité à la force et les bases de la réponse en fréquence.

Leçon 3 • Ondulation du couple et uniformité de la force

Identifie les sources d'ondulation du couple dans les machines réelles et les méthodes pour les minimiser. Relie la géométrie des bobines et la distribution des enroulements à l'uniformité de la force.

Leçon 4 • Force contre-électromotrice et bilan de puissance

Dérive la force contre-électromotrice à partir du mouvement du conducteur dans un champ magnétique et la relie à la puissance mécanique. Les étudiants appliquent la conservation de l'énergie aux circuits de moteur.

Leçon 1 • Capteurs à effet Hall

Dérive la tension de Hall à partir de l'équilibre de la force de Laplace sur les porteurs de charge dans un conducteur. Relie la tension de Hall au champ magnétique et à la densité de courant.

Leçon 2 • Galvanomètre et appareil à cadre mobile

Explique la déviation d'une bobine parcourue par un courant dans un champ magnétique radial comme une application directe de la force de Laplace. Dérive la sensibilité et la déviation à pleine échelle.

Leçon 3 • Instruments à équilibre de force et balance du watt

Examine les instruments de précision qui annulent la force de Laplace par rapport à la gravité ou à une force mécanique. Relie la mesure de force à la détermination des constantes fondamentales.

Leçon 1 • Analyse par éléments finis pour la prédiction de force

Introduit la simulation numérique de champ comme outil pour une prédiction précise de la force de Laplace dans des géométries complexes. Les étudiants interprètent les résultats FEA et les valident avec des modèles analytiques.

Leçon 2 • Intégration système et revue de conception

Synthétise tous les concepts du cours dans un processus structuré de revue de conception pour les systèmes de force électromagnétique. Les étudiants évaluent les compromis et documentent les décisions de conception.

Leçon 3 • Limites thermiques et densité de courant

Relie la densité de courant dans un conducteur à l'échauffement par effet Joule et à la force de Laplace maximale admissible. Les étudiants appliquent des contraintes thermiques au dimensionnement des conducteurs.

Leçon 4 • Analyse des circuits magnétiques pour la conception de force

Applique les concepts de circuit magnétique pour prédire la densité de flux dans les entrefers où agit la force de Laplace. Les étudiants dimensionnent les noyaux, les entrefers et les enroulements pour une force de sortie cible.