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91ba0010
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91ba0010
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Nov 04, 2023
by
Claude Meny
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...idal-current/20.ampere-local/20.overview/cheatsheet.fr.md
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12.temporary_ins/20.magnetostatics-vacuum/40.ampere-theorem-applications/30.cylindrical-current-distributions/20.solenoidal-current/20.ampere-local/20.overview/cheatsheet.fr.md
View file @
91ba0010
...
@@ -215,3 +215,176 @@ P_1\,(M, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_{\varphi}})\; \text{plan d
...
@@ -215,3 +215,176 @@ P_1\,(M, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_{\varphi}})\; \text{plan d
à faire
à faire
#### Quelle expression du rotationnel de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ choisir ?
* L'étude se réalise dans le repère cylindrique $`
(O,
\o
verrightarrow{e_{
\r
ho}},
\o
verrightarrow{e_{
\v
arphi}}, z)
`$
* $`
\L
ongrightarrow
`$ nous choisissons l'*expression en coordonnées cylindriques* du rotationnel :
<br>
**$`
\b
egin{align}
\m
athbf{
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}}
&\boldsymbol{\mathbf{\;
=
\l
eft(
\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\d
frac{
\p
artial B_z}{
\p
artial
\v
arphi}
\;
-
\;\d
frac{
\p
artial B_{
\v
arphi}}{
\p
artial z}
\r
ight)
\,\o
verrightarrow{e_{
\r
ho}}}}
\\
\\
&\boldsymbol{\mathbf{\quad\;
+
\l
eft(
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial z}
\;
-
\;\d
frac{
\p
artial B_z}{
\p
artial
\r
ho}
\r
ight)
\,\o
verrightarrow{e_{
\v
arphi}}}}
\\
\\
&\boldsymbol{\mathbf{\quad\;
+
\,\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\l
eft(
\d
frac{
\p
artial (
\,\r
ho
\,
B_{
\v
arphi})}{
\p
artial
\r
ho}
\;
-
\;\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial
\v
arphi}
\r
ight)
\,\o
verrightarrow{e_z}}}
\e
nd{align}
`$**
<!-----------------------------------
$`
\b
egin{align}
&
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
\c
dot
\o
verrightarrow{e_{
\r
ho}}=
\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\d
frac{
\p
artial B_z}{
\p
artial
\v
arphi}
\;
-
\;\d
frac{
\p
artial B_{
\v
arphi}}{
\p
artial z}
\\
\\
&
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
\c
dot
\o
verrightarrow{e_{
\v
arphi}}=
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial z}
\;
-
\;\d
frac{
\p
artial B_z}{
\p
artial
\r
ho}
\\
\\
&
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
\c
dot
\o
verrightarrow{e_z}=
\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\l
eft(
\d
frac{
\p
artial (
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi})}{
\p
artial
\r
ho}
\;
-
\;\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial
\v
arphi}
\r
ight)
\e
nd{align}
`$
------------------------>
<!--A ADAPTER AU CHAMP MAGNETIQUE-----------
**$`
\m
athbf{div
\o
verrightarrow{E}=
\d
frac{1}{
\r
ho}
\c
dot
\d
frac{
\p
artial
\l
eft(
\r
ho
\,
E_{
\r
ho}
\r
ight)}{
\p
artial
\,\r
ho}
+
\d
frac{1}{
\r
ho}
\c
dot
\d
frac{
\p
artial
\,
E_{
\v
arphi}}{
\p
artial
\,\v
arphi}
+
\d
frac{
\p
artial
\,
E_z}{
\p
artial
\,
z}}
`$**
--------------------------------------------->
#### Puis-je déjà connaître la direction de $`
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
`$ ?
* Le *théorème d'Ampère* en magnétostatique,
<br>
*$`
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B} =
\m
u_0
\,\o
verrightarrow{j}
`$*
<br>
*implique* qu'en tout point de l'espace, le rotationnel du champ magnétique **$`
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
`$**
a la **même direction que** le vecteur densité volumique de courants **$`
\o
verrightarrow{j}
`$**
* *Ici*, la distribution de courants étudiée est caractérisée par, en tout point de l'espace,
un vecteur densité volumique de courants **$`
\o
verrightarrow{j}
`$ dirigé selon $`
\o
verrightarrow{e_{
\v
arphi}}
`$**.
* Ainsi, les composantes de $`
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
`$ selon $`
\o
verrightarrow{e_{
\r
ho}}
`$
et $`
\o
verrightarrow{e_z}
`$ sont nulles, et l'*expression du rotationnel de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ se réduit* :
<br>
**$`
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B} =
\l
eft(
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial z}
\;
-
\;\d
frac{
\p
artial B_z}{
\p
artial
\r
ho}
\r
ight)
\,\o
verrightarrow{e_{
\v
arphi}}}}
`$**
* Bien sûr, l'expression de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ réduite par les invariances et symétries
de la distribution de courants permet de confirmer ce résultat, et de réduire encore
l'expression de $`
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
`$.
#### Qu'implique la direction de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ ?
* L'étude des symétries de la distribution de courants implique en tout point de l'espace :
**$`
\m
athbf{
\o
verrightarrow{B}=B_z(
\r
ho)
\,\o
verrightarrow{e_z}}
`$**
* $`
\L
ongrightarrow
`$ les autres composantes de champ *$`
\m
athbf{B_{
\r
ho}
\t
ext{ et } B_{
\v
arphi}}
`$ sont nulles* en tout point de l'espace :
<br>
$`
\o
verrightarrow{B}=B_z
\,\o
verrightarrow{e_z}=B_z
\,\o
verrightarrow{e_{
\r
ho}}+0
\,\o
verrightarrow{e_{
\v
arphi}}+0
\,\o
verrightarrow{e_z}
`$
**$`
\L
ongrightarrow
\l
eft
\{
\b
egin{array}{l}
\m
athbf{B_{
\r
ho}=0}
\\
\m
athbf{ B_{
\v
arphi}=0}
\e
nd{array}
\r
ight.
`$**
* Si $`
\m
athbf{B_{
\r
ho}=B_{
\v
arphi}=0}
`$ en tout point de l'espace $`
\m
athscr{E}
`$, alors
leur valeur nulle ne varie pas d'un point à un autre point voisin par translation
élémentaire $`
d
\r
ho
`$ ou $`
dz
`$, ou variation élémentaire d'angle $`
d
\v
arphi
`$.
Donc *les dérivées partiellles de $`
\m
athbf{B_{
\r
ho}
\t
ext{ et }B_{
\v
arphi}}
`$ par
rapport à $`
\m
athbf{
\r
ho
\,
,
\,\v
arphi
\t
ext{ et }z}
`$ sont nulles* :
<br>
$`
\m
athbf{
\f
orall M
\i
n
\m
athscr{E}
\;
,
\;
B_{
\r
ho}=B_z=0}
`$
**$`
\L
ongrightarrow
\l
eft
\{
\b
egin{array}{l}
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial
\r
ho}=
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial
\v
arphi}=
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial z}=0}}
\\
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\d
frac{
\p
artial B_{
\v
arphi}}{
\p
artial
\r
ho}=
\d
frac{
\p
artial B_{
\v
arphi}}{
\p
artial
\v
arphi}=
\d
frac{
\p
artial B_{
\v
arphi}}{
\p
artial z}=0}}
\\
\e
nd{array}
\r
ight.
`$**
* $`
\L
ongrightarrow
`$ l'expression du *rotationnel de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ se simplifie* en tout point de l'espace :
<br>
$`
\r
equire{
\c
ancel}
\b
egin{align}
\c
olor{brown}{
\m
athbf{
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}}}
&\;
=
\l
eft(
\x
cancel{
\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\d
frac{
\p
artial B_z}{
\p
artial
\v
arphi}}
\;
-
\;\x
cancel{
\d
frac{
\p
artial B_{
\v
arphi}}{
\p
artial z}}
\r
ight)
\,\o
verrightarrow{e_{
\r
ho}}
\\
\\
&\quad\;
+
\l
eft(
\x
cancel{
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial z}}
\;
-
\;\x
cancel{
\d
frac{
\p
artial B_z}{
\p
artial
\r
ho}}
\r
ight)
\,\o
verrightarrow{e_{
\v
arphi}}
\\
\\
&\quad\;
+
\,\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\l
eft(
\d
frac{
\p
artial (
\,\r
ho
\,
B_{
\v
arphi})}{
\p
artial
\r
ho}
\;
-
\;\x
cancel{
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial
\v
arphi}}
\r
ight)
\,\o
verrightarrow{e_z}
\\
\\
&\boldsymbol{\mathbf{\color{brown}{\;
=
\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\d
frac{
\p
artial
\,
(
\,\r
ho
\,
B_{
\v
arphi})}{
\p
artial
\r
ho}
\,\o
verrightarrow{e_z}}}}
\e
nd{align}
`$
! *Note* : Tu retrouves bien que les composantes du rotationnel de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ selon $`
\r
ho
`$ et $`
z
`$ sont nulles,
! comme démontré au paragraphe précédent.<br>
!
! Si cette démonstration précédente est réalisée, il est alors possible d'utiliser son résultat pour écrire simùplement : <br>
! $`
\r
equire{
\c
ancel}
\b
egin{align}
!
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
!
&\;
=
\,\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\l
eft(
\d
frac{
\p
artial (
\,\r
ho
\,
B_{
\v
arphi})}{
\p
artial
\r
ho}
\;
-
\;\x
cancel{
\d
frac{
\p
artial B_{
\r
ho}}{
\p
artial
\v
arphi}}
\r
ight)
!
\,\o
verrightarrow{e_z}
\\
!
&\;
=
\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\d
frac{
\p
artial
\,
(
\,\r
ho
\,
B_{
\v
arphi})}{
\p
artial
\r
ho}
\,\o
verrightarrow{e_z}
!
\e
nd{align}
`$
#### Qu'impliquent les invariances de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ ?
* L'étude des invariances de la distribution de courants implique en tout point de l'espace :
**$`
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\o
verrightarrow{B}=
\o
verrightarrow{B}(
\r
ho)}=B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
\,\o
verrightarrow{e_
\v
arphi}}
`$**
* Dans l'espression $`
\d
frac{
\p
artial
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
\r
ight)}{
\p
artial
\,\r
ho}
`$, le terme **$`
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
`$**
est une **fonction de la seule coordonnée $`
\r
ho
`$**. l'opérateur de *dérivée partielle* $`
\d
frac{
\p
artial}{
\p
artial
\,\r
ho}
`$
peut être *remplacée par* l'opérateur de *dérivée totale* $`
\d
frac{d}{d
\r
ho}
`$.
* $`
\L
ongrightarrow
`$ le rotationnel de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ se réécrit :
**$`
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}=
\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\d
frac{d
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}
\r
ight)}{d
\r
ho}
\,\o
verrightarrow{e_z}}}
`$**
#### Comment remonter à l'expression de $`
\o
verrightarrow{B}
`$ ?
* $`
\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}=
\d
frac{1}{
\r
ho}
\,\d
frac{d
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}
\r
ight)}{d
\r
ho}
`$ permet
l'écriture de la différentielle $`
d
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
\r
ight)
`$* de la fonction $`
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
`$ sous la forme :
<br>
**$`
\b
oldsymbol{
\m
athbf{d
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
\r
ight)=
\r
ho
\,\o
verrightarrow{rot}
\,\o
verrightarrow{B}
\c
dot d
\r
ho}}
`$**
* L'*intégration de $`
d
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
\r
ight)
`$ entre $`
\r
ho=0
`$ et $`
\r
ho_M
`$*, $`
M=M(
\r
ho_M
\,
,
\v
arphi_M
\,
, z_M)
`$ étant un point quelconque de l'espace donne :
<br>
**$`
\d
isplaystyle
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\i
nt_{
\r
ho=0}^{
\r
ho_M}d
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
\r
ight)=
\r
ho_M
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho_M)-0
\t
imes B_{
\v
arphi}(0)}}
`$**
* **par raisons de symétries**, *$`
\m
athbf{
\o
verrightarrow{B}}
`$ est nul sur l'axe $`
\m
athbf{Oz}
`$*,
$`
\o
verrightarrow{B}(
\r
ho=0) =
\o
verrightarrow{0}
\L
ongrightarrow 0
\t
imes B_{
\v
arphi}(0)=0
`$,
(il suffisait de montrer que le champ garde une valeur finie en $`
\r
ho=0
`$)
<br>
$`
\q
uad
\L
ongrightarrow
`$ **$`
\d
isplaystyle
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\r
ho_M
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho_M)=
\i
nt_{
\r
ho=0}^{
\r
ho_M}d
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
\r
ight)}}
`$**
* Nous obtenons alors, *en tout point $`
\m
athbf{M=M(
\r
ho_M
\,
,
\v
arphi_M
\,
, z_M)}
`$*,
<br>
**$`
\l
eft
\{\b
egin{array}{l}
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\r
ho_M=0
\L
ongrightarrow
\o
verrightarrow{B}=
\o
verrightarrow{0}}}
\\
\b
oldsymbol{
\m
athbf{
\d
isplaystyle
\r
ho_M
\g
t 0
\L
ongrightarrow
\o
verrightarrow{B}=
\d
frac{1}{
\r
ho_M}
\i
nt_{
\r
ho=0}^{
\r
ho_M}d
\l
eft(
\r
ho
\,
B_{
\v
arphi}(
\r
ho)
\r
ight)
\c
dot
\o
verrightarrow{e_{
\v
arphi}}}}
\e
nd{array}
\r
ight.
`$**
#### Comment faire le lien avec la distribution de courants puis en déduire $`
\o
verrightarrow{B}
`$ ?
À faire
<br>
---------------------
#### **1 -** Fil conducteur rectiligne infini de rayon $`
R
`
$ traversé par un courant volumique uniforme
À faire
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