Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

L’é léctromagné tismé Introduction Histoire ; Que verrons-nous ? Les champs éle

L’é léctromagné tismé Introduction Histoire ; Que verrons-nous ? Les champs électriques et magnétiques Les charges électriques L’électricité statique ; L’électroscope ; Charges de signes différents ; Loi de Coulomb ; Unité de charge électrique ; Les particules chargées L’électricité Le courant électrique ; Pile ; L’ampère ; Résistance électrique Les aimants Description des aimants ; Aimants naturels ; Comportement des aimants ; Découper un aimant Champs Le concept de champ en physique ; Champs scalaires et vectoriels ; Lignes de champ ; Visualiser le champ Champ électrique Visualisation ; Champ électrique ; Loi de Gauss ; Condensateur Champ magnétique Forme du champ magnétique ; Loi de Gauss Effets dynamiques Effet des champs électrique sur les charges et les aimants Effet du champ électrique sur une charge ; Champ électrique de deux charges ; Effet sur un aimant Effet des champs magnétiques sur les charges et les aimants Effets du champ magnétique sur un aimant ; Addition des champs magnétiques ; Effet du champ magnétique sur une charge Variation des champs électriques Variation de l’intensité ; Variation de la direction Variation des champs magnétiques Variation de l’intensité ; Force électromotrice Mouvement Courant électrique ; Relativité ; Repère ; Principe de relativité ; Principe de relativité galiléen ; Principe de relativité restreint ; Un principe logique ; Les transformations ; Principe de relativité généralisé ; Classement des repères ; Effet du mouvement ; Autre effet ; Effets entre courants Electromagnétisme Equations de Maxwell Potentiels Définition ; Arbitraire de jauge ; Jauge de Coulomb ; Jauge de Lorentz ; « Tenseur » électromagnétique Les ondes électromagnétiques Solutions ondulatoires ; Variation dans l’espace et le temps ; Propriétés ; Energie ; Spectre Autres aspects Interférences Interférences ; Réflexion ; Réfraction ; Diffraction Milieux matériels La matière ; Polarisation ; Magnétisation ; Vitesse des ondes électromagnétiques Effet Tcherenkov Les photons Spectre des atomes ; Le corps noir ; L’effet photoélectrique ; La mécanique quantique ; Structure des atomes ; Le modèle de Bohr ; La mécanique quantique ; Mécanique quantique ondulatoire ; Principe d’indétermination ; Description par les états ; Evolution et mesure ; Les atomes ; Spin ; Principe d’exclusion ; Le cas du champ électromagnétique ; La quantification du champ ; L’oscillateur harmonique ; Champs libres ; Espace de Fock ; Champs en interaction ; Théorie des perturbations ; Développement perturbatif ; Théorie des collision ; Traduction graphique ; Convergence du calcul ; Portée des interactions ; Virtuel et réel ; Théories de jauge ; Symétries ; Invariance de jauge ; Invariance locale ; Théorie de jauge Interactions dérivées Définitions ; Interactions fondamentales ; Interactions dérivées Références Introduction L’électromagnétisme est la théorie unifiant l’ensemble des phénomènes liés à l’électricité et le magnétisme. Nous allons en donner une présentation vulgarisée, aussi précise et détaillée que possible, mais sans utiliser de développements mathématiques. Cette dernière contrainte limite l’usage que l’on peut faire de ces connaissances et c’est donc un choix à faire. L’approche vulgarisée reste malgré tout une bonne introduction au sujet. Histoire L’histoire de l’électromagnétisme est extrêmement longue, vaste et complexe. Nous n’en donnerons ici en introduction qu’un bref aperçu résumé. L’histoire remonte loin : à l’antiquité. On retrouve ainsi les noms de philosophes tels que Thalès de Milet, Platon, Pline l’Ancien, Plutarque, Démocrite. Leurs travaux étaient essentiellement basés sur l’observation : les propriétés de l’ambre (d’où est venu le nom de l’électron, Elektron en grec), la foudre, la pierre d’aimant (aimant naturel). Leur approche était philosophique, presque toujours fausse, et peu expérimentale : on raisonnait mais on ne tentait pas de le vérifier. De plus les divers phénomènes n’étaient pas unifiés. Leurs études ont eu toutefois le mérite d’attirer l’attention et de dresse l’inventaire des phénomènes naturels liés à l’électricité et le magnétisme. Il y eut quelques avancées mineurs éparses par la suite, durant le Moyen-Age. Mais c’est surtout au 18e siècle et au 19e siècle que les avancées furent les plus spectaculaires. On peut vraiment les qualifier de siècles d’or pour l’électricité et le magnétisme. Donnons, sans détailler les contributions, une liste de noms. Elle montre combien le sujet fut étudié mais aussi complexe. Stephen Gray, Charles François de Cisternay Du Fay, von Kleist, Musshenbroek, Benjamin Franklin, Thomas François Dalibard, Aepinus, Robert Symmer, Torbern Olof Bergman, Henry Cavendish, Charles Augustin Coulomb, Louis Guillaume Le Monnier, Walsh, Luigi Galvanin Alexandre Volta, Sulzer, Jean Antoine Nollet, Sir Humphrey Davy, Jakob Berzelius, Auguste de La Rive. Cette période, surtout au 18e siècle, fut caractérisée par plusieurs choses :  Une accumulation impressionnante de connaissances sur l’ensemble des phénomènes liés à l’électricité et le magnétisme. Tout le monde doit connaitre par exemple l’expérience de Benjamin Franklin qui utilisa un cerf-volant pour capter la foudre et put ainsi montrer que la foudre était bien de nature électrique.  La science moderne était essentiellement expérimentale. De très nombreuses expériences furent ainsi réalisées et surtout des mesures de plus en plus précises, permettant de quantifier les résultats et d’établir les premières règles rigoureuses auxquelles obéissaient ces phénomènes.  Les premières théories. La situation était extrêmement confuse tant il y avait de phénomènes différents. Il était difficile de savoir ce qui était fondamental ou la conséquence de plusieurs effets plus élémentaires. Ces théories, souvent fausses, furent avant tout des tentatives pour essayer de mettre de l’ordre dans le chaos.  Les premières applications. Citons par exemple la pile de Volta. Le simple fait d’avoir du courant à volonté facilita la recherche. On passait aussi d’une étude de l’électricité statique stockée dans des condensateurs à une étude dynamique (courant électrique, phénomènes variables dans le temps). Ce fut une petite révolution en soi. A la suite de cela, une deuxième période s’ouvrit, surtout au 19e siècle, où on commença a établir des liens entre l’électricité et le magnétisme. Citons les noms de Hans Christian Oersted, Jean Baptiste Biot, Félix Savart, Pierre Simon de Laplace, André Marie Ampère, François Arago, Johann Schweiger, Thomas Johann Seebeck, Georg Simon Ohm. Cette période fut aussi marquée par une explosion du nombre d’applications et d’inventions divers, comme l’électro-aimant, le thermocouple, … La situation était mûre pour une percée. Michael Faraday, expérimentateur de génie, entreprit une étude précise et systématique des liens entre électricité et magnétisme. Il dégagea plusieurs aspects importants et forgea le concept de « champ ». Il étudia aussi les phénomènes de propagation des champs électriques et magnétiques. James Clerck Maxwell, réalisa alors la première véritable synthèse théorique de ces avancées. Cette synthèse fut quelque peu améliorée par la suite, mais l’essentiel était là. Il donna la formulation mathématique précise du concept de champ, établit les équations (en fait plus compliquées à l’époque) qui portent son nom. Sa théorie permit d’établir définitivement que la lumière n’était rien d’autre qu’une onde électromagnétique. Ce ne fut pas la fin de l’histoire. Avec la découverte de l’électron, la découverte des ondes radios, la théorie quantique, et une pluie d’inventions, le 20e siècle apporta des contributions majeures. Mais nous arrêterons ici ce bref résumé historique. Que verrons-nous ? Nous ne suivrons pas l’approche historique et nous privilégierons une approche explicative plus directe. De même, nous n’aborderons pas une série d’aspects :  Les propriétés électriques et magnétiques des substances, pour ces dernières nous renvoyons à l’article « Thermodynamique et Physique statistique ».  La relativité restreinte, que l’on peut voir dans l’article « Cours de relativité restreinte ».  Le laser, pour lequel un article spécifique a été écrit. Mais l’électromagnétisme est déjà suffisamment vaste et touche bien des choses. Nous étudierons les aspects liés à l’électricité, au magnétisme, aux liens entre les deux puis nous verrons la description unifiée avec les ondes électromagnétiques. Nous toucherons aussi quelques mots des interactions dérivées ou de la description quantique. Les champs électriques et magnétiques Les charges électriques L’électricité statique Tout le monde connait l’électricité statique. Il suffit parfois de porter certains vêtements ou de marcher sur certaines moquettes pour créer de l’électricité statique. Celle-ci se manifeste ensuite par contact, en touchant un objet en métal ou une autre personne. Cela provoque une petite décharge électrique désagréable. Avec certains vêtements, on peut même observer le phénomène dans le noir. En retirant le vêtement, on voit celui-ci parcouru de zébrures faiblement lumineuses qui sont des décharges d’électricité statique. On voit là aussi toute de suite le rapport avec la foudre. Les nuages d’orage se chargent d’électricité statique et lorsqu’il y a une forte accumulation, une décharge électrique se produit entre nuages ou avec le sol : l’arc de foudre ou éclair. On a donc un phénomène d’accumulation de ce qu’on appelle des charges électriques. Elles s’accumulent facilement dans des matériaux non conducteurs d’électricité pour se vider au contact d’un conducteur, par exemple un métal. On produit très facilement de telles charges en utilisant :  Un bâton en verre (isolant et qui sert à stocker les charges électriques).  Une substance génératrice d’électricité statique tel que de l’ambre, un peau de chat ou certains tissus synthétiques.  En frottant la substance sur le bâton. Ce phénomène de création de charges électriques s’appelle uploads/Histoire/ electromagnetism-e.pdf