Électromagnétisme
Fondements et applications
Avec 300 exercices et problèmes résolus
4e édition
José-Philippe Pérez
Robert Carles
Robert Fleckinger
Christophe Lagoute
Dunod
Avant-propos
X
Les grands noms de l'électromagnétisme
XII
Constantes physiques, notations et symboles
XVII
Description de l'ouvrage
XXII
L'électromagnétisme en vingt questions
XXVIII
1. Charges électriques. Distributions de charges
I. - Électrisation. Charge électrique1
II. - Distributions de charges5
Exercices et problèmes
10
2. Loi de Coulomb. Champ électrostatique. Théorème de Gauss
I. - Loi de Coulomb13
II. - Champ électrostatique15
III. - Théorème de Gauss19
Exercices et problèmes
25
3. Énergie potentielle. Potentiel électrostatique
I. - Interaction d'une charge avec un système de charges29
II. - Potentiel créé par un ensemble de charges32
III. - Énergie électrostatique d'un système de charges38
IV . - Énergie d'une distribution continue de charge41
Exercices et problèmes
45
4. Symétrie des distributions de charges et symétrie des champs
I. - Premières considérations sur les symétries49
II. - Invariances des sources53
III. - Exemples d'utilisation des symétries56
IV . - Symétries et principe de Curie62
Exercices et problèmes
68
5. Dipôles électrostatiques
I. - Dipôle électrostatique70
II. - Dipôle dans un champ électrostatique73
III. - Approximation dipolaire76
IV. - Moments dipolaires des atomes et des molécules80
Exercices et problèmes
83
6. Milieux conducteurs. Loi d'Ohm
I. - Électrocinétique86
II. - Caractère conservatif de la charge91
III. - Conducteur en régime stationnaire93
IV . - Loi d'Ohm96
Exercices et problèmes
104
7. Conductivité électrique
I. - Différents types de courants électriques107
II. - Théorie élémentaire de la conductivité109
III. - Structure de bandes et conductivité des solides116
Exercices et problèmes
122
8. Conducteurs en équilibre électrostatique
I. - Champ produit par un conducteur en équilibre125
II. - Distributions d'équilibre d'un conducteur130
III. - Équilibre d'un système de deux conducteurs134
IV . - Équilibre des conducteurs139
V. - Applications141
Exercices et problèmes
143
9. Effet Joule. Générateurs et récepteurs électriques
I. - Puissance électrique147
II. - Effet Joule149
III. - Bilan d'énergie d'un convertisseur150
IV. - Force électromotrice et courant électromoteur153
V. - Loi d'Ohm généralisée154
VI. - Exemples de générateurs et de récepteurs160
Exercices et problèmes
164
10. Condensateurs en électrostatique. Aspect énergétique
I. - Condensateur. Charge et capacité168
II. - Capacité de condensateurs de forme simple169
III. - Condensateurs réels172
IV. - Groupements de condensateurs173
V. - Énergie d'un condensateur175
VI. - Actions sur les armatures d'un condensateur177
Exercices et problèmes
180
11. Champ électromagnétique. Propriétés
I. - Champ électromagnétique185
II. - Loi de Biot et Savart188
III. - Propriétés du champ magnétique192
IV. - Potentiel vecteur198
V. - Équations de passage du champ magnétique200
VI. - Solénoïde201
VII. - Équations du champ électromagnétique stationnaire204
Exercices et problèmes
206
12. Symétries des distributions de courants et symétries des champs
I. - Premières considérations sur les symétries209
II. - Invariances des sources213
III. - Exemples d'utilisation des symétries215
IV. - Dipôle magnétique220
V. - Symétries d'un système magnétostatique225
Exercices et problèmes
227
13. Électrodynamique des régimes stationnaires
I. - Conducteur au repos dans un champ (E, B) stationnaire231
II. - Loi d'Ohm dans un conducteur en mouvement235
III. - Actions sur un conducteur. Force de Laplace238
IV. - Travail électromoteur et travail des forces de Laplace242
V . - Actions sur un dipôle magnétique rigide249
Exercices et problèmes
251
14. Induction électromagnétique
I. - Approche expérimentale256
II. - Lois de l'induction258
III. - Relation de Maxwell-Faraday259
IV. - Circuit mobile dans un champ magnétique263
V. - Circuit de constitution variable267
Exercices et problèmes
270
15. Inductances propres et mutuelles des circuits électriques
I. - Inductance mutuelle de deux circuits274
II. - Inductance propre d'un circuit277
III. - Auto-induction279
IV. - Inductance d'un ensemble de deux circuits couplés280
V. - Transformateurs282
Exercices et problèmes
284
16. Équations de Maxwell. Approximation des régimes quasi stationnaires
I. - Équation de Maxwell-Ampère287
II. - Équations de Maxwell dans le vide289
III. -- Potentiel électromagnétique291
IV. - Régimes quasi stationnaires293
V. - Milieu conducteur dans l'ARQS295
VI. - Effets de capacité296
Exercices et problèmes
298
17. Électrodynamique des régimes quasi stationnaires
I. - Effets d'induction dans un conducteur301
II. - Effet de capacité306
III. - Électrodynamique des circuits dans l'ARQS309
Exercices et problèmes
316
18. Énergie électromagnétique. Énergie magnétique d'un système de courants
I. - Énergie électromagnétique dans le vide320
11. Stockage d'énergie électromagnétique dans l'ARQS323
III. - Création d'énergie électromagnétique dans l'ARQS327
IV. - Bilan dans des circuits fixes330
V. - Conversion électromécanique333
Exercices et problèmes
341
19. Ondes électromagnétiques dans le vide
I. - Équations de propagation du champ et du potentiel347
II. - Ondes planes et ondes sphériques350
III. - Ondes planes monochromatiques354
IV. - Polarisation d'une onde plane monochromatique356
V. - Énergie associée à une onde électromagnétique361
VI. - Superposition d'ondes366
Exercices et problèmes
370
20. Champ électromagnétique rayonné par un dipôle oscillant
I. - Potentiel produit par un dipôle oscillant373
II. - Champ produit par un dipôle oscillant375
III. - Rayonnement à grande distance377
IV. - Rayonnement dipolaire d'un électron atomique380
V. - Rayonnement d'une antenne rectiligne384
VI. - Dipôle magnétique oscillant386
Exercices et problèmes
389
21. Polarisation des milieux matériels : aspect macroscopique en régime stationnaire
I. - Polarisation des milieux matériels392
II. - Vecteur polarisation volumique393
III. - Équation de Maxwell-Gauss dans un milieu matériel396
IV . - Potentiel et champ créés par un milieu polarisé398
V. - Milieux diélectriques linéaires402
Exercices et problèmes
407
22. Aimantation des milieux matériels : aspect macroscopique en régime stationnaire
I. - Aimantation des milieux matériels410
II. - Vecteur aimantation volumique411
III. - Équation de Maxwell-Ampère dans un milieu matériel414
IV. - Potentiel et champ créés par un milieu aimanté416
V. - Milieux magnétiques linéaires420
Exercices et problèmes
425
23. Équations de Maxwell et énergie dans les milieux matériels : cas général
I. - Polarisation et aimantation dans le cas général428
II. - Équations de Maxwell dans un milieu matériel433
III. - Forces électromagnétiques sur un milieu matériel435
IV. - Énergie électromagnétique dans un milieu matériel440
V. - Bilan d'énergie dans un milieu linéaire parfait442
VI. - Bilan d'énergie dans un matériau dissipatif445
VII. - Bilans d'énergies dans une machine448
Exercices et problèmes
451
24. Étude microscopique de la polarisation en régime stationnaire
I. - Mécanismes microscopiques de polarisation454
II. - Champ local et champ macroscopique462
III. - Polarisation des fluides463
IV. - Polarisation des solides466
Exercices et problèmes
470
25. Étude microscopique du paramagnétisme et du diamagnétisme
I. - Origines microscopiques du magnétisme473
II. - Interaction d'un moment magnétique avec un champ476
III. - Paramagnétisme479
IV. - Diamagnétisme483
Exercices et problèmes
485
26. Ferromagnétisme
I. - Aspect macroscopique488
II. - Interprétation microscopique494
III. - Domaines de Weiss et aimantation macroscopique497
IV . - Interprétation quantique499
V - Circuits magnétiques502
VI. - Effets gyromagnétiques509
Exercices et problèmes
511
27. Supraconductivité
I. - Conductivité parfaite et supraconductivité515
II. - Propriétés magnétiques des supraconducteurs518
III. - Courant supraconducteur d'intensité non nulle523
IV. - Théorie élémentaire de la supraconductivité526
V - Matériaux supraconducteurs et applications530
Exercices et problèmes
532
28. Dispersion. Absorption
I. - Équations de Maxwell dans un milieu matériel536
II - Modèle de Drude-Lorentz537
III. - Polarisation des milieux en régime sinusoïdal542
IV . - Propagation d'une onde dans un milieu LHI547
V - Dispersion dans un milieu transparent549
VI. - Bilan d'énergie électromagnétique. Absorption554
Exercices et problèmes
558
29. Réflexion et réfraction des ondes électromagnétiques
I. - Propagation dans un milieu matériel limité561
II. - Réflexion sur un conducteur en incidence normale567
III. - Réflexion et transmission entre deux diélectriques574
Exercices et problèmes
583
30. Propagation guidée
I. - Ondes TEM dans un câble coaxial585
II. - Analyse dans le cadre de l'ARQS587
III. - Guide d'ondes594
Exercices et problèmes
605
Annexe 1. Dérivées et différentielles
609
I. - Dérivées609
II. - Différentielles611
III. - Systèmes de coordonnées613
Annexe 2. Flux et circulation d'un vecteur
616
I. - Flux d'un champ de vecteur616
II. - Circulation d'un champ de vecteur621
III. - Opérateurs différentiels du second ordre623
IV. - Relations d'analyse vectorielle625
Annexe 3. Simulation en électromagnétisme
628
I. - Électrostatique d'une distribution de charges628
II. - Champ électrique par temps d'orage635
III. - Champ magnétique terrestre641
Réponses aux vingt questions
648
Solutions des exercices et problèmes
650
Bibliographie
728
Index
730