A l’issue de la semaine 2, il est souhaitable que les étudiants soient capables de

1.

* identifier les propriétés fondamentales de la charge électrique, notamment la conservation et la quantification de celle-ci.

* introduire le concept de champ électrique E et son unité.

* établir et illustrer par des exemples simples la relation entre le potentiel électrique et le champ électrique, ainsi que la relation entre le potentiel et la tension.

* définir la notion d’équipotentielle et interpréter une représentation graphique du potentiel en termes de champ électrique.

* définir la notion de lignes de champ.

* connaître et justifier la loi que doit vérifier le champ électrique pour qu'on puisse lui associer un potentiel.

* justifier la loi des mailles de Kirchhoff à partir des propriétés du champ électrique.

* connaître et justifier la condition à laquelle le champ électrique E doit satisfaire à l'interface entre deux milieux différents.

* rappeler la loi de Coulomb et la répartition du champ électrique (et du potentiel) associée à une charge ponctuelle immobile dans le vide.

* énoncer et employer le principe de superposition pour calculer le champ électrique E (et le potentiel) associé à un ensemble de charges.

* extrapoler l’application du principe de superposition pour des charges ponctuelles afin de calculer le champ électrique (et le potentiel) associé à une charge distribuée de façon continue sur un objet. Par exemple, pour un fil rectiligne, un disque, un anneau, un demi-cercle, une plaque.

* distinguer les propriétés des conducteurs et des isolants.

• expliquer pourquoi

le champ électrique à l’intérieur d’un conducteur est nul à l’équilibre électrostatique.

le champ électrique est perpendiculaire à la surface d’un conducteur à l’équilibre électrostatique.

* prédire la forme du champ électrique (et du potentiel) dans des structures à forte symétrie comportant des conducteurs.

* Connaissant la forme d'une répartition de champ (ou de potentiel) et la tension appliquée entre deux conducteurs, pouvoir déterminer la valeur du champ électrique (et du potentiel).

* déduire la tension de claquage d'un dispositif de la rigidité diélectrique.

* pouvoir interpréter correctement la donnée d'une tension nominale monophasée ou triphasée.

* établir l'équation de la trajectoire d'une particule chargée dans un champ électrique constant connu.

2.

* définir et interpréter la notion de flux du champ D à travers une surface.

* rappeler la loi de Gauss dans le vide, son extension aux milieux quelconques et son intérêt dans certains cas pour évaluer le champ électrique.

* introduire et utiliser la notion de permittivité diélectrique.

* employer la loi de Gauss pour calculer le champ électrique dans des structures à symétrie cylindrique, sphérique ou planes, comportant des conducteurs, du vide et/ou des diélectriques.

* connaître et justifier la condition à laquelle le champ D doit satisfaire à l'interface entre deux milieux différents.

* employer le principe de superposition et la méthode des images pour calculer le champ électrique dans certaines structures dissymétriques.

3.

* décrire la structure matérielle de condensateurs et le lien entre la capacité de ceux-ci, leur géométrie et les propriétés des matériaux qui les constituent.

* calculer la valeur de la capacité de condensateurs à symétrie cylindrique, sphérique ou plane, constitués de conducteurs, du vide et/ou de diélectrique.

* calculer l’énergie emmagasinée dans un condensateur de deux façons différentes, d'une part à l'aide de relations de type circuit, d'autre part par intégration spatiale d'une densité d'énergie.

* Introduire la notion de polarisation diélectrique et connaître son intérêt pour faire le lien entre les propriétés macroscopiques électriques (champs E et D, permittivité diélectrique...) de la matière et sa structure microscopique.

A l’issue de la semaine 3, les étudiants doivent être capables de

* établir le lien entre la conservation de la charge électrique et la notion de (densité de) courant électrique.

* justifier la loi des nœuds de Kirchhoff à partir des propriétés du courant électrique.

* déterminer la trajectoire d'une particule chargée dans un champ électrique.

*définir la notion de résistivité d’un matériau et en expliquer la nature d'un point de vue microscopique (à l'aide de la notion de vitesse de dérive).

* classer différents matériaux en fonction de leur nature et de la variation de leur résistivité avec la température.

* calculer la résistance de diverses structures à symétrie cylindrique (à courant radial), sphérique et plane (c'est-à-dire cylindrique à courant longitudinal).

* calculer la puissance dissipée dans une résistance de deux façons, par les relations de la théorie des circuits et par intégration spatiale d'une densité de puissance dissipée.

* interpréter correctement la donnée d'un courant nominal alternatif monophasé ou triphasé.

* calculer la puissance moyenne et la fluctuation de puissance, ainsi que la densité de puissance moyenne, en régime sinusoïdal.

A l’issue de la semaine 5, les étudiants doivent être capables de :

* définir le champ magnétique B à partir de son effet sur une charge électrique et identifier ses propriétés vectorielles (règle du tire-bouchon ).

* comparer les définitions et les unités des champs électriques et magnétiques.

* établir l’expression donnant la force magnétique sur un conducteur parcouru par un courant et interpréter microscopiquement cet effet.

* en déduire et expliquer l’action du champ magnétique sur une boucle de courant

* établir l’équation de la trajectoire d’une particule chargée dans un champ magnétique constant.

* à partir de l’expression de la force exercée par un champ magnétique et par un champ électrique, décrire en mots et en images le fonctionnement d’un spectromètre de masse et d’un cyclotron.

* expliquer l’effet Hall et son utilité pour mesurer des champs magnétiques (sonde de Hall)

* écrire l’expression de la loi d’Ampère et expliquer les grandeurs qui y apparaissent.

* définir et interpréter la notion de flux du champ B à travers une surface.

* énoncer la loi de Biot-Savart et donner la signification de chacune des grandeurs qui apparaissent dans cette expression (à l’aide d’un dessin si nécessaire).

* utiliser ces lois afin de calculer le champ magnétique créé par des courants circulant dans des conducteurs de formes géométriques simples.

A l’issue de la semaine 6, les étudiants doivent être capables de

* distinguer les propriétés magnétiques de différents types de matériaux (dia-, para- et ferromagnétiques).

* introduire et utiliser la notion de perméabilité magnétique .

* connaître et justifier les conditions auxquelles les champs B et H doivent satisfaire à l’interface entre deux milieux différents.

* introduire la notion de circuit magnétique, de réluctance et de force magnétomotrice.

* calculer des circuits magnétiques simples comportant des matériaux magnétiques linéaires et non-linéaires.

A l’issue de la semaine 8, les étudiants doivent être capables de

* décrire quelques expériences simples permettant de mettre en évidence les caractéristiques de l’induction électromagnétique (production d’effets électriques à partir de champ magnétique).

* énoncer la loi de Faraday donnant la force électromotrice induite en fonction du flux magnétique.

* illustrer et interpréter la loi de Faraday dans le cas d’un circuit de géométrie simple placé dans un champ magnétique uniforme.

* interpréter le signe de la force électromotrice induite dans la loi de Faraday.

* expliquer l’origine des pertes d’énergie qui se produisent en régime variable dans un matériau conducteur et/ou ferromagnétique.

* définir et interpréter les notions d’inductance et d’inductance mutuelle en termes de grandeurs magnétiques

* calculer l’inductance de circuits à géométrie simple.

* expliquer le fonctionnement d’un générateur de courant alternatif.

* expliquer le fonctionnement du transformateur.

* calculer la force exercée par un électro-aimant.

* expliquer et interpréter l’effet produit sur l’inductance d’un solénoïde lorsqu’on y introduit un noyau ferromagnétique.

* établir le lien entre l’expression de l’énergie emmagasinée dans une inductance à partir d’un modèle circuit et à partir de la notion de densité d’énergie.

• d’expliquer le lien entre les formes intégrales des lois vues en électromagnétisme et le formalisme utilisé pour les équations de Maxwell
• d’expliquer la nécessité d’introduire le " terme manquant " (ou le " courant de déplacement ") dans les équations de Maxwell.