Polycopié cours d'électricité (Phys2) : Partie 1

download Polycopié cours d'électricité (Phys2) : Partie 1

of 42

  • date post

    31-Dec-2016
  • Category

    Documents

  • view

    219
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Polycopié cours d'électricité (Phys2) : Partie 1

  • Prface. Ce cours dlectricit a t rdig lintention des tudiants qui prparent, dans le cadre de la rforme L.M.D1, une licence dans les domaines des Sciences de la Matire et des Sciences et Technologies. Il est conforme au programme officiel. Le programme dlectricit du S2 se compose de deux grandes parties : La premire comporte les lments de base de la thorie lectromagntique : llectrostatique que nous prsentons aux Chapitres I & II et llectromagntisme qui fait lobjet des Chapitres IV & V. Les concepts de masse, de charge, de force, de champ, dnergie et de potentiel, que nous introduisons dans cette partie, ont t trs longs se dessiner, au cours de lhistoire, et tre accepts par les savants. Dautre part, il a fallu plus dun sicle, de lexprience de Coulomb en 1785, qui marque la naissance de cette thorie, la parution de la thorie de la relativit restreinte en 1905, pour comprendre les lois de llectromagntisme. Cest la raison pour laquelle nous insistons particulirement sur laspect conceptuel afin que ltudiant puisse, ds la premire anne, rflchir sur la signification des grandeurs physiques quil rencontre mesure quil avance dans ses tudes. Ltudiant, qui a dj pris connaissance de ces lois au lyce, doit les assimiler durant les trois annes de la licence de physique, laide dun outil mathmatique plus performant dune anne lautre. En premire anne, il sait driver et calculer les primitives des fonctions lmentaires, il a appris le calcul vectoriel mais ignore lanalyse vectorielle. Cest avec cet outil quil doit apprendre les premiers lments de llectromagntisme. Les quations de Maxwell, qui expriment les lois de llectromagntisme, apparaissent dans ce cours sous forme intgrale et en rgime quasi stationnaire. Ces quations sont appliques des cas o elles se ramnent des intgrales simples que ltudiant peut rsoudre. Nous avons jug utile dintroduire, ds la premire anne, les quatre grandeurs vectorielles qui apparaissent dans les quations de Maxwell : les champs E

    et B

    et les excitations

    D

    et H

    , la distinction entre ces grandeurs apparatra, en deuxime anne, lors de ltude des milieux2. La physique tant une science exprimentale, les lois de llectromagntisme sont mises en vidence, dans ce cours, partir de la description dexpriences dont certaines sont faciles raliser.

    1 L.M.D. Systme denseignement suprieur instaur en Algrie en 2004. Le systme L.M.D. comporte trois grades : La Licence (L.), prpare en trois ans (L1, L2, L3), le Master (M.) en deux ans (M1, M2) et le Doctorat (D.) en trois ans. Chaque anne se compose de deux semestres, en Licence par exemple il y a six semestres (S1, S2, S3, S4, S5, S6). Le module dlectricit est enseign en S2. 2 Cette tude nest pas au programme du cours de S2.

  • 2

    Cette partie donne lieu de nombreuses applications : A partir du travail des forces qui agissent sur un systme, on calcule lnergie quil emmagasine, et inversement, partir de lnergie stocke dans un systme, on peut calculer les forces et les couples qui y interviennent : cest le cas des lectromtres, des lectro-dynamomtres, des lments moteurs des appareils de mesure etc. Ltudiant, qui opte pour une licence de physique, approfondira ses connaissances dans le module dlectromagntisme en deuxime anne et, en troisime anne, dans deux modules : Ondes Electromagntiques & Optique et Relativit. La deuxime partie, qui est expose aux chapitres III & VI, porte sur llectrocintique des courants continus et des courants alternatifs qui constitue une application de la thorie lectromagntique. Cette partie est essentielle pour ltudiant en technologie qui se destine une carrire en lectricit industrielle. En licence de physique elle constitue un pr-requis pour les modules dlectronique et dlectrotechnique. Chaque chapitre est illustr par des exercices qui constituent une application, des problmes concrets, des lois introduites dans le cours. La rsolution de ces exercices permet ltudiant de vrifier sil a bien assimil le cours, destimer les ordres de grandeur et dattacher de limportance lanalyse dimensionnelle aux units de mesures et la prcision dun rsultat numrique. Les solutions des exercices, placs la fin de chaque chapitre, seront publies dans un autre fascicule. Nous tenons remercier les collgues qui ont bien voulu relire le manuscrit et nous aider lamliorer, notamment les professeurs Ahmed-Chafik Chami, Hakim Djelouah et Zohra Mliani. Il est possible que cette premire dition comporte quelques imperfections, nous serions reconnaissants tous ceux qui nous feraient part de leurs remarques et suggestions.

    Alger octobre 2012.

    Les auteurs

    AT-GOUGAM Lela BENDAOUD Mohamed

    DOULACHE Nama MKIDCHE Fawzia

  • Licence de Physique S2: Electricit

    3

    PROGRAMME.

    Domaine SM, : Licence de Physique: Premire anne L1, deuxime semestre S 2 UEF : Module : Phys 2 : Electricit Semestre Code Intitul Cours/sem TD/sem TOTAL S2 Phys2 Electricit 2x1h30 1x1h30 = 4h30 Interaction lectrique : Electrisation, Conservation de la charge, Conducteurs et isolants, Loi de Coulomb.

    Electrostatique: Champ et potentiel crs par une charge, principe de superposition, distribution de charges, Topographie dun champ. Diple lectrique : Potentiel et champ crs par un diple. Couple exerc sur un diple par un champ. Energie dun diple. Notion de flux. Thorme de Gauss (sans dmonstration) : applications. Conducteurs en quilibre. Influence totale. Condensateurs : capacit, nergie lectrique, groupements de condensateurs

    Courants continus: Rupture dun quilibre lectrostatique. Intensit lectrique, Loi dOhm groupements de rsistances. Loi de Joule. Circuits courants continus : Gnrateur, rcepteur. Lois de Kirchhof. Charge et dcharge dun condensateur.

    Magntisme : Champ cr par un aimant. Force de Lorentz, force de Laplace. Moment magntique dune spire, couple agissant sur une spire place dans un champ magntique. Loi de Biot : Applications Force entre Deux courants parallles : dfinition de lAmpre. Induction magntique : Flux magntique. Loi de Faraday. Gnrateurs de courants alternatifs. F.E.M. dauto induction Etablissement et rupture du courant dans un circuit R, L.

    Courants alternatifs : Reprsentation dune grandeur sinusodale : Reprsentation de Fresnel, notation complexe. Impdance. Applications : Circuits R,L,C srie. Circuits R,L,C parallle. Circuit bouchon. Puissance en C.A. notation complexe. Notions sur les courants triphass : Obtention. Reprsentation de Fresnel. Montages toile et triangle. Puissance en triphas. Ouvrages conseills : 1) Cours polycopi OPU Electricit : Caubarre, , Fourny, Ladjouze 2) Alonso & Fynn Physique Tome 2

  • Licence de Physique S2: Electricit

    4

    Principales notations A, B, C, D etc : Points de lespace M Point o est calcul le champ E

    ou B

    P Point o se trouvent les sources ou J

    , ,i j k

    Vecteurs unitaires, en coordonnes cartsiennes. x, y, z Coordonnes cartsiennes dun point X, Y, Z Composantes dun vecteur, en coordonnes cartsiennes. a Acclration B

    champ magntique C capacit D

    Excitation lectrique E

    champ lectrique E

    m champ lectromoteur E Energie e force lectromotrice (f.e.m) e charge de llectron f frquence F

    Force g

    Champ de la pesanteur H

    Excitation magntique I Intensit du courant lectrique J

    Vecteur densit de courant J Moment dinertie

    1j K ou k Coefficient L Coefficient de self induction M Coefficient dinduction mutuelle M

    Moment magntique

    / OF

    M Moment dune force / au point O.

    /F M Moment dune force / laxe .

    m Masse n vecteur unitaire P Puissance p Moment lectrique

    Q ou q Charge lectrique R Rsistance lectrique R

    ou r Vecteur position

    T Priode T Temprature t Temps u vecteur unitaire V, U potentiel lectrique V Volume V

    ou v Vitesse W travail X Ractance Y Admittance Z Impdance Angles

    CouplePermittivit lectrique Coefficient de viscosit, RendementAngleLongueur dondePermabilit magntiqueNombre PiDensit de charges volumiquesMasse volumiqueRsistivit lectrique.Densit de charges superficielles Conductivit lectrique Constante de tempsPhase ou dphasageFlux magntique Pulsation ou Vitesse angulaire Unit de rsistance : Ohm.

  • Licence de Physique S2: Electricit Table des matires

    5

    TABLE DES MATIERES

    Prface 1 Programme 3 Notations 4

    Chapitre I

    ELECTROSTATIQUE

    1. INTRODUCTION 1.1. Electrisation par frottement (tribolectricit)......................................................... 9 1.2. Les deux types dlectricit ................................................................................. 10 1.3. Autres modes dlectrisation .............................................................................. 10 1.4. Llectroscope feuilles dor ............................................................................... 11 1.5. La charge lectrique............................................................................................ 11 1.6. Quantification de la charge lectrique................................................................. 12 1.7. Principe de la conservation de la charge lectrique............................................. 13 1.8. Llectrisation et la constitution de la matire..................................................... 13 1.9. Aperu historique ..................