Du 29/05 au 02/06/2023 – La Physique en PCSI

Cette semaine, après la traditionnelle question de cours, chaque étudiant aura deux exercices, dans cet ordre :

un 1^er exercice d’électromagnétisme (induction) ;
un 2^nd exercice de statique des fluides.

En cours de statique des fluides, nous avons appris à calculer la résultante des forces de pression sur une surface, en exprimant la surface élémentaire dans un système de coordonnées adapté, et en utilisant les symétries lorsque cela est possible pour déterminer la direction de la résultante. Il est possible (mais pas obligatoire) de poser un exercice de ce type en second exercice.

Bon travail à toutes et à tous !

Questions de cours
Compétences exigibles en exercices

Que vaut le champ magnétique à l’intérieur d’une bobine longue (solénoïde) ?

• 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 « courant traversant »).

Définir le moment magnétique associé à une boucle 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 de Laplace que subit un circuit mobile en rotation dans un champ magnétique uniforme ?

– 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 ?

Enoncer la loi de Lenz (loi qualitative).

Enoncer la loi de Faraday.

Qu’appelle-t-on « flux magnétique propre » ?

Par un bilan énergétique, déterminer l’expression de l’énergie emmagasinée dans une bobine à un instant $t$ , en fonction du courant $i(t)$ qui la parcourt à cet instant.

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.)

– 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 $\frac{u_2}{u_1}$ ?

Voir programme officiel de PCSI.