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<br> <br>
#### Quel fut le travail de Maxwell ? #### ¿Cuál fue el trabajo de Maxwell?
* *Jusqu'au milieu du XIVème siècle*, **électricité, magnétisme et optique** étaient étudiés dans des *domaines scientifiques distincts*.
* Cependant l'*observation de phénomènes naturels et d'expériences de laboratoire* montrèrent une
**interaction incomprise entre électricité, magnétisme,** voire **optique**.
* naturel : la foudre peu charger des objets métalliques, aimante le fer, créé un éclair.
* expériences :
\- un courant dévie l'aiguille d'une boussole.
\- le déplacement d'un aimant créé un courant.
* Bon mathématicien, **Maxwell** fait *synthèse des résultats expérimentaux* de son époque
qui se résume en 4 équations, les *équations de Maxwell*.
* Ces 4 équations **unifient électricité, magnétisme et optique** au sein de l'électromagnétisme,
et élargissent l'optique à un *monde nouveau : les ondes électromagnétiques*.
![](Maxwell-equation-fr.png)
_Maxwell modifie deux des équations de l'électrostatique et de la magnétostatique en
introduisant des termes de couplage entre E et B,
et révolutionne ainsi la physique._
#### Pourquoi disons-nous "équations" et pas "théorèmes" de Maxwell ?
* Les **4 équations de Maxwell** *ne sont pas démontrées*, donc elles ne constituent pas des théorèmes. * *Hasta mediados del siglo XIV*, **electricidad, magnetismo y óptica** se estudiaban en *áreas científicas distintas*.
* Elles sont *posées et supposées vraies*, ce **sont des postulats**.
* Sin embargo, la *observación de fenómenos naturales y experimentos de laboratorio* mostró una
**interacción incomprendida entre electricidad, magnetismo** e incluso **óptica**.
* Natural: el rayo puede cargar objetos metálicos, imantar el hierro y crear un relámpago.
* Experimentos:
- Una corriente desvía la aguja de una brújula.
- El movimiento de un imán genera una corriente.
<!----------------- * Buen matemático, **Maxwell** *sintetizó los resultados experimentales* de su época,
#### Pourquoi ces équations fondent l'électromagnétisme ? que se resumen en 4 ecuaciones, las *ecuaciones de Maxwell*.
#### Quel est le domaine de validité de ces équations ? * Estas 4 ecuaciones **unifican electricidad, magnetismo y óptica** dentro del electromagnetismo,
------------------> y amplían la óptica a un *nuevo mundo: las ondas electromagnéticas*.
<br> ![Imagen de las ecuaciones de Maxwell](Maxwell-equation-fr.png)
*Maxwell modificó dos de las ecuaciones de la electrostática y la magnetostática,
introduciendo términos de acoplamiento entre E y B,
y revolucionó así la física.*
------------ #### ¿Por qué decimos "ecuaciones" y no "teoremas" de Maxwell?
<br> * Las **4 ecuaciones de Maxwell** *no están demostradas*, por lo que no constituyen teoremas.
* Son *planteadas y supuestas verdaderas*, **son postulados**.
#### Que sont ces 4 équations de Maxwell ? ---
##### Sous forme locale #### ¿Qué son estas 4 ecuaciones de Maxwell?
_(fondamental, connaître)_
* Deux **expressions de la divergence** des champs $`\overrightarrow{E}`$ et $`\overrightarrow{B}`$ *inchangées par rapport au cas stationnaire* (électrostatique et magnétostatique) : ##### En forma local
*(fundamental, conocer)*
* **$`\large{\mathbf{div \overrightarrow{E} = \dfrac{\dens}{\epsilon_0}}}`$** &nbsp;&nbsp;&nbsp;(éq. *Maxwell-Gauss*). * Dos **expresiones de la divergencia** de los campos $`\overrightarrow{E}`$ y $`\overrightarrow{B}`$ *inalteradas con respecto al caso estacionario* (electrostática y magnetostática):
* ** $`\large{\mathbf{div \overrightarrow{B} = 0}}`$** &nbsp;&nbsp;&nbsp;(éq. *Maxwell-Thomson*). * **$`\large{\mathbf{div \overrightarrow{E} = \dfrac{\rho}{\epsilon_0}}}`$** &nbsp;&nbsp;&nbsp;(ec. *Maxwell-Gauss*).
* **$`\large{\mathbf{div \overrightarrow{B} = 0}}`$** &nbsp;&nbsp;&nbsp;(ec. *Maxwell-Thomson*).
* Deux **expressions du rotationnel** des champs $`\overrightarrow{E}`$ et $`\overrightarrow{B}`$ qui *changent et couplent les champs $`\mathbf{\overrightarrow{E}}`$ et $`\mathbf{\overrightarrow{B}}`$* : * Dos **expresiones del rotacional** de los campos $`\overrightarrow{E}`$ y $`\overrightarrow{B}`$ que *cambian y acoplan los campos $`\mathbf{\overrightarrow{E}}`$ y $`\mathbf{\overrightarrow{B}}`$*:
* **$`\large{\mathbf{\overrightarrow{rot} \;\overrightarrow{E} = -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}}}`$** * **$`\large{\mathbf{\overrightarrow{rot} \;\overrightarrow{E} = -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}}}`$**
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(éq. *Maxwell-Faraday*). &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(ec. *Maxwell-Faraday*).
* **$`\large{\mathbf{\overrightarrow{rot} \;\overrightarrow{B} = \mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}}}`$** * **$`\large{\mathbf{\overrightarrow{rot} \;\overrightarrow{B} = \mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}}}`$**
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(éq. *Maxwell-Ampère*). &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(ec. *Maxwell-Ampère*).
* : * Donde:
* $`\dens=\dens^{3D}`$ est la densité volumique de charge. * $`\rho=\rho^{3D}`$ es la densidad volumétrica de carga.
* $`\overrightarrow{j}=\overrightarrow{j}^{3D}`$ est le vecteur densité volumique de courant. * $`\overrightarrow{j}=\overrightarrow{j}^{3D}`$ es el vector densidad volumétrica de corriente.
------------------ ------------------
* Et ces équations *réécrites avec l'opérateur nabla : $`\mathbf{\nabla}`$ * * Y estas ecuaciones *reescritas con el operador nabla: $`\mathbf{\nabla}`$*:
* **$`\mathbf{\nabla\cdot\overrightarrow{E}=\dfrac{\dens}{\epsilon_0}}`$** * **$`\mathbf{\nabla\cdot\overrightarrow{E}=\dfrac{\rho}{\epsilon_0}}`$**
* **$`\mathbf{\nabla\cdot\overrightarrow{B}=0}`$** * **$`\mathbf{\nabla\cdot\overrightarrow{B}=0}`$**
...@@ -258,7 +246,6 @@ _(fondamental, connaître)_ ...@@ -258,7 +246,6 @@ _(fondamental, connaître)_
* **$`\mathbf{\nabla\land\overrightarrow{B}= \mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}}`$** * **$`\mathbf{\nabla\land\overrightarrow{B}= \mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}}`$**
------------------ ------------------
...@@ -278,115 +265,109 @@ _(savoir redémontrer)_ ...@@ -278,115 +265,109 @@ _(savoir redémontrer)_
----------- -----------
* Équation de **Maxwell-Gauss** : * **Ecuación de Maxwell-Gauss**:
À tout instant t, et pour tout volume $`\tau`$ : En todo instante $`t`$, y para todo volumen $`\tau`$:
* $`\forall \overrightarrow{r},\;`$ *$`\mathbf{div \overrightarrow{E} = \dfrac{\dens}{\epsilon_0}}`$* * $`\forall \overrightarrow{r},\;`$ *$`\mathbf{div \overrightarrow{E} = \dfrac{\rho}{\epsilon_0}}`$*
$`\Longrightarrow \iiint_{\Ltau} div \overrightarrow{E}\,d\tau = \iiint_{\Ltau}\dfrac{\dens}{\epsilon_0}\,d\tau`$ $`\Longrightarrow \iiint_{\tau} \text{div } \overrightarrow{E}\,d\tau = \iiint_{\tau}\dfrac{\rho}{\epsilon_0}\,d\tau`$
* $`\left.\begin{array}{l} * $`\left.\begin{array}{l}
\iiint_{\Ltau} div \overrightarrow{E}\,d\tau = \iiint_{\Ltau}\dfrac{\dens}{\epsilon_0}\,d\tau \\ \iiint_{\tau} \text{div } \overrightarrow{E}\,d\tau = \iiint_{\tau}\dfrac{\rho}{\epsilon_0}\,d\tau \\
\iiint_{\Ltau} div\;\overrightarrow{E} \cdot d\tau = \displaystyle \iiint_{\tau} \text{div}\,\overrightarrow{E} \cdot d\tau = \displaystyle
\soiint_{S\leftrightarrow\Ltau} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} \oiint_{S\leftrightarrow\tau} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS}
\end{array}\right\}`$ \end{array}\right\}`$
$`\Longrightarrow`$ $`\Longrightarrow`$
**$`\mathbf{\displaystyle \quad\oiint_{S\leftrightarrow\Ltau} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} **$`\mathbf{\displaystyle \quad\oiint_{S\leftrightarrow\tau} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS}
= \dfrac{1}{\epsilon_0} \cdot \iiint_{\Ltau} \rho \cdot d\tau = \dfrac{Q_{int}}{\epsilon_0}}`$** = \dfrac{1}{\epsilon_0} \cdot \iiint_{\tau} \rho \cdot d\tau = \dfrac{Q_{int}}{\epsilon_0}}`$**
------------ ------------
* Équation de **Maxwell-Thomson** : * **Ecuación de Maxwell-Thomson**:
En todo instante $`t`$, y para todo volumen $`\tau`$:
À tout instant t, et pour tout volume $`\tau`$ :
* $`\forall \overrightarrow{r},\;`$ *$`\mathbf{div \overrightarrow{B} = 0}`$* * $`\forall \overrightarrow{r},\;`$ *$`\mathbf{div \overrightarrow{B} = 0}`$*
$`\Longrightarrow \iiint_{\Ltau} div \overrightarrow{B}\,d\tau = 0`$ $`\Longrightarrow \iiint_{\tau} \text{div } \overrightarrow{B}\,d\tau = 0`$
* $`\left.\begin{array}{l} * $`\left.\begin{array}{l}
\iiint_{\Ltau} div \overrightarrow{B}\,d\tau = 0 \\ \iiint_{\tau} \text{div } \overrightarrow{B}\,d\tau = 0 \\
\iiint_{\Ltau} div\;\overrightarrow{B} \cdot d\tau = \displaystyle \iiint_{\tau} \text{div}\,\overrightarrow{B} \cdot d\tau = \displaystyle
\soiint_{S\leftrightarrow\Ltau} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS} \oiint_{S\leftrightarrow\tau} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}
\end{array}\right\}`$ \end{array}\right\}`$
$`\Longrightarrow`$ $`\Longrightarrow`$
**$`\mathbf{\displaystyle \quad\oiint_{S\leftrightarrow\Ltau} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}= 0}`$** **$`\mathbf{\displaystyle \quad\oiint_{S\leftrightarrow\tau} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}= 0}`$**
----------------- -----------------
* Équation de **Maxwell-Faraday** : * **Ecuación de Maxwell-Faraday**:
À tout instant t, En todo instante $`t`$,
et pour toute surface $`S`$ ouverte et orientée, immobile et indéformable, qui s'appuie sur un contour $`\Gamma`$ y para toda superficie $`S`$ abierta y orientada, inmóvil y indeformable, que se apoya en un contorno $`\Gamma`$
(donc aussi immobile et indéformable) (por lo tanto también inmóvil e indeformable),
d'orientation compatible avec celle de $`S`$ selon la règle de la main droite : con orientación compatible con la de $`S`$ según la regla de la mano derecha:
* $`\forall \overrightarrow{r},\;`$ *$`\mathbf{\overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E} = -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}}`$* * $`\forall \overrightarrow{r},\;`$ *$`\mathbf{\overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E} = -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}}`$*
$`\Longrightarrow \iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} = \iint_S\Big(-\dfrac{\partial\overrightarrow{B}}{\partial t}\cdot\overrightarrow{dS}\Big)`$ $`\Longrightarrow \iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} = \iint_S\Big(-\dfrac{\partial\overrightarrow{B}}{\partial t}\cdot\overrightarrow{dS}\Big)`$
<br> <br>
* $`\left.\begin{array}{l} * $`\left.\begin{array}{l}
\iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} = \iint_S\Big(-\dfrac{\partial\overrightarrow{B}}{\partial t}\cdot\overrightarrow{dS}\Big) \\ \iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} = \iint_S\Big(-\dfrac{\partial\overrightarrow{B}}{\partial t}\cdot\overrightarrow{dS}\Big) \\
\text{Newton :,} \\ \text{Newton: espacio y tiempo independientes}, \\
\text{espace et temps indépendants,} \\ \text{el orden derivación/integración no importa}
\text{ordre dérivation/intégration}\\ \end{array}\right\}`$
\text{n'importe pas} $`\Longrightarrow`$
\end{array}\right\}`$ $`\iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} = -\dfrac{d}{dt}\Big(\iint_S\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}\Big)`$
$`\Longrightarrow`$ <br>
$`\iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} = -\dfrac{d}{dt}\Big(\iint_S\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}\Big)`$
<br>
* $`\left.\begin{array}{l} * $`\left.\begin{array}{l}
\iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} = -\dfrac{d}{dt}\Big(\iint_S\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}\Big) \\ \iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} = -\dfrac{d}{dt}\Big(\iint_S\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}\Big) \\
\iint_{S} \;\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{E} \cdot dS = \oint_{\,\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dl} \iint_{S} \;\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{E} \cdot dS = \oint_{\,\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dl}
\end{array}\right\}`$ \end{array}\right\}`$
$`\Longrightarrow`$ $`\Longrightarrow`$
**$`\begin{array}{l} **$`\begin{array}{l}
&nbsp; \\ &nbsp; \\
\mathbf{\displaystyle\quad\oint_{\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dl}= -\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}} \mathbf{\displaystyle\quad\oint_{\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dl}= -\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}}
\end{array}`$** \end{array}`$**
<br> <br>
* Cette équation joue un *rôle important pour les phénomènes d'inductionde Neumann*. * Esta ecuación juega un *papel importante en los fenómenos de inducción de Neumann*.
_La quantité_ $`\oint_{\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dl}`$ *La cantidad* $`\oint_{\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dl}$,
_d'appelation historique imparfaite "force électromotrice (fem)", homogène à une tension, est à l'origine d'un courant_ *de denominación histórica imperfecta "fuerza electromotriz (fem)", homogénea a una tensión, es el origen de una corriente*
_électrique traversant le contour $`\Gamma`$ si celui-ci représente un circuit conducteur._ *eléctrica que atraviesa el contorno $`\Gamma`$ si este representa un circuito conductor.*
--------------- ---------------
* Équation de **Maxwell-Ampère** : * **Ecuación de Maxwell-Ampère**:
À tout instant t, En todo instante $`t`$,
et pour toute surface $`S`$ ouverte et orientée, fixe et indéformable, qui s'appuie sur un contour $`\Gamma`$ y para toda superficie $`S`$ abierta y orientada, fija e indeformable, que se apoya en un contorno $`\Gamma`$
d'orientation compatible avec celle de $`S`$ selon la règle de la main droite : con orientación compatible con la de $`S`$ según la regla de la mano derecha:
<br> <br>
$`\forall \overrightarrow{r},\;`$ *$`\mathbf{\overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B} = \mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}}`$* $`\forall \overrightarrow{r},\;`$ *$`\mathbf{\overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B} = \mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}}`$*
$`\Longrightarrow`$$` \iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS} = \iint_S\Big(\mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}\Big)\cdot\overrightarrow{dS}`$ $`\Longrightarrow`$ $` \iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS} = \iint_S\Big(\mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}\Big)\cdot\overrightarrow{dS}`$
<br> <br>
$`\left.\begin{array}{l} $`\left.\begin{array}{l}
\iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS} = \iint_S\Big(\mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}\Big)\cdot\overrightarrow{dS} \\ \iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS} = \iint_S\Big(\mu_0\;\overrightarrow{j} + \mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}\Big)\cdot\overrightarrow{dS} \\
\text{Newton : espace et temps indépendants},\\ \text{Newton: espacio y tiempo independientes},\\
\text{ordre dérivation/intégration n'importe pas} \text{el orden derivación/integración no importa}
\end{array}\right\}`$ \end{array}\right\}`$
$`\Longrightarrow`$ $`\Longrightarrow`$
$`\iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}`$$`\; = \mu_0\iint_S \overrightarrow{j}\cdot\overrightarrow{dS} + $`\iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS}`$ $`\; = \mu_0\iint_S \overrightarrow{j}\cdot\overrightarrow{dS} +
\mu_0 \epsilon_0\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS}`$ \mu_0 \epsilon_0\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS}`$
<br> <br>
$`\left.\begin{array}{l} $`\left.\begin{array}{l}
\iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS} \\ \iint_S \overrightarrow{rot} \,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dS} \\
\quad = \mu_0\iint_S \overrightarrow{j}\cdot\overrightarrow{dS} + \quad = \mu_0\iint_S \overrightarrow{j}\cdot\overrightarrow{dS} +
\mu_0 \epsilon_0\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} \\ \mu_0 \epsilon_0\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS} \\
\iint_{S} \;\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{B} \cdot dS = \oint_{\,\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dl} \iint_{S} \;\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{B} \cdot dS = \oint_{\,\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dl}
\end{array}\right\}`$ \end{array}\right\}`$
$`\Longrightarrow`$ $`\Longrightarrow`$
**$`&nbsp;\mathbf{\displaystyle\;\,\oint_{\,\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dl}}`$
$`\;\mathbf{\displaystyle= \mu_0\iint_S \overrightarrow{j}\cdot\overrightarrow{dS} +\mu_0 \epsilon_0\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS}}`$**
**$`&nbsp;\mathbf{\displaystyle\;\,\oint_{\,\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dl}}`$
$`\;\mathbf{\displaystyle= \mu_0\iint_S \overrightarrow{j}\cdot\overrightarrow{dS} +\mu_0 \epsilon_0\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS}}`$**
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