Du 03/06 au 07/06/2024 – La Physique en PCSI

Cette semaine de colles portera sur l’électromagnétisme :

Propriétés du champ magnétique,
Calcul de champ magnétique généré par une distribution de courants à l’aide du théorème d’Ampère (programme de 2e année PC/PSI, mais vu en avance donc vous pouvez interroger dessus, dans des cas simples),
Actions mécaniques de Laplace,
Induction et auto-induction.

Questions de cours
Compétences exigibles en exercices

Que vaut le champ magnétique à l’intérieur d’un solénoïde infini ?
On ne demande pas de démonstration dans la question de cours (mais peut être demandée en exercice avec le théorème d’Ampère).

• Comment est le champ magnétique de part et d’autre d’un plan de symétrie de la distribution de courants ? Et en un point situé dans ce plan de symétrie ?
• Comment est le champ magnétique de part et d’autre d’un plan d’antisymétrie de la distribution de courants ? Et en un point situé dans ce plan d’antisymétrie ?

Enoncer le théorème d’Ampère (programme de 2e année).
Bien préciser ce qu’on appelle la « circulation du champ magnétique », et ce qu’on appelle « l’intensité enlacée » (ou « traversant »).

Définir le moment magnétique associé à une spire de courant. A quel(s) autre(s) objet(s) peut-on associer un moment magnétique, par analogie ?

– Donner l’expression de la force élémentaire de Laplace sur un élément de fil conducteur.
– Montrer que la résultante des forces de Laplace sur un circuit indéformable plongé dans un champ magnétique uniforme est toujours nulle.

Quelle est l’expression du couple mécanique que subit un circuit mobile parcouru par un courant $i$ et plongé dans un champ magnétique uniforme $\overrightarrow{B}$ ?
Peut-on généraliser ceci à n’importe quel moment magnétique $\overrightarrow{B}$ (aimant, aiguille aimantée d’une boussole…) ?

– Quelle est l’expression de l’énergie potentielle d’un moment magnétique $\overrightarrow{\mu}$ plongé dans un champ magnétique extérieur $\overrightarrow{B}$ ?
– En déduire quelles sont les positions d’équilibre, et leur stabilité.

– Donner la définition du flux du champ magnétique à travers un contour orienté.
– Comment cette expression se simplifie-t-elle dans le cas particulier où le champ magnétique est uniforme partout ?

Que faut-il pour qu’il ait un phénomène d’induction dans un circuit ?
(Il suffit de « regarder » la tête de la loi de Faraday pour répondre à cette question…)

Enoncer la loi de Lenz (loi qualitative).

Enoncer la loi de Faraday.

Qu’appelle-t-on « flux magnétique propre » ?
Définir l’inductance $L$ d’un circuit.

Par un bilan énergétique, déterminer l’expression de l’énergie emmagasinée dans une bobine.

Définir le coefficient d’inductance mutuelle, noté $M$ , entre deux circuits placés l’un à côté de l’autre. (On pourra s’appuyer sur un schéma pour expliquer plus clairement.)

[Sauf pour ceux qui ont colle lundi.]
– Faire le schéma d’un transformateur de tension, et faire l’étude pour déterminer la tension $u_2$ récupérée au secondaire, en fonction de la tension $u_1$ appliquée au primaire.
– Cela fonctionne-t-il aussi avec des tensions continues ? Si non, expliquer pourquoi.
– A quoi peut concrètement servir un transformateur, de rapport de transformation $\frac{u_2}{u_1}=1$ ?

Voir le programme officiel de PCSI.