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Pipeline #17028 canceled with stage
...@@ -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 $`\overrightarrow{B}`$ choisir ?
* L'étude se réalise dans le repère cylindrique $`(O, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_{\varphi}}, z)`$
* $`\Longrightarrow`$ nous choisissons l'*expression en coordonnées cylindriques* du rotationnel :
<br>
**$`\begin{align}
\mathbf{\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}}
&\boldsymbol{\mathbf{\;=\left(\dfrac{1}{\rho}\,\dfrac{\partial B_z}{\partial\varphi}\;-\;\dfrac{\partial B_{\varphi}}{\partial z}\right)\,\overrightarrow{e_{\rho}}}}\\
\\
&\boldsymbol{\mathbf{\quad\; +\left(\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial z}\;-\;\dfrac{\partial B_z}{\partial \rho}\right)\,\overrightarrow{e_{\varphi}}}}\\
\\
&\boldsymbol{\mathbf{\quad\; +
\,\dfrac{1}{\rho}\,\left(\dfrac{\partial (\,\rho\,B_{\varphi})}{\partial \rho}\;-\;\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial \varphi}\right)
\,\overrightarrow{e_z}}}
\end{align}`$**
<!-----------------------------------
$`\begin{align}
&\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{e_{\rho}}=
\dfrac{1}{\rho}\,\dfrac{\partial B_z}{\partial\varphi}\;-\;\dfrac{\partial B_{\varphi}}{\partial z}\\
\\
&\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{e_{\varphi}}=
\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial z}\;-\;\dfrac{\partial B_z}{\partial \rho}\\
\\
&\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{e_z}=
\dfrac{1}{\rho}\,\left(\dfrac{\partial (\rho\,B_{\varphi})}{\partial \rho}\;-\;\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial \varphi}\right)
\end{align}`$
------------------------>
<!--A ADAPTER AU CHAMP MAGNETIQUE-----------
**$`\mathbf{div\overrightarrow{E}=
\dfrac{1}{\rho}\cdot\dfrac{\partial\left(\rho\,E_{\rho}\right)}{\partial\,\rho}
+\dfrac{1}{\rho}\cdot\dfrac{\partial\,E_{\varphi}}{\partial\,\varphi}
+\dfrac{\partial\,E_z}{\partial\,z}}`$**
--------------------------------------------->
#### Puis-je déjà connaître la direction de $`\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}`$ ?
* Le *théorème d'Ampère* en magnétostatique,
<br>
*$`\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B} = \mu_0\,\overrightarrow{j}`$*
<br>
*implique* qu'en tout point de l'espace, le rotationnel du champ magnétique **$`\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}`$**
a la **même direction que** le vecteur densité volumique de courants **$`\overrightarrow{j}`$**
* *Ici*, la distribution de courants étudiée est caractérisée par, en tout point de l'espace,
un vecteur densité volumique de courants **$`\overrightarrow{j}`$ dirigé selon $`\overrightarrow{e_{\varphi}}`$**.
* Ainsi, les composantes de $`\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}`$ selon $`\overrightarrow{e_{\rho}}`$
et $`\overrightarrow{e_z}`$ sont nulles, et l'*expression du rotationnel de $`\overrightarrow{B}`$ se réduit* :
<br>
**$`\boldsymbol{\mathbf{\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B} =
\left(\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial z}\;-\;\dfrac{\partial B_z}{\partial \rho}\right)\,\overrightarrow{e_{\varphi}}}}`$**
* Bien sûr, l'expression de $`\overrightarrow{B}`$ réduite par les invariances et symétries
de la distribution de courants permet de confirmer ce résultat, et de réduire encore
l'expression de $`\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}`$.
#### Qu'implique la direction de $`\overrightarrow{B}`$ ?
* L'étude des symétries de la distribution de courants implique en tout point de l'espace :
**$`\mathbf{\overrightarrow{B}=B_z(\rho)\,\overrightarrow{e_z}}`$**
* $`\Longrightarrow`$ les autres composantes de champ *$`\mathbf{B_{\rho} \text{ et } B_{\varphi}}`$ sont nulles* en tout point de l'espace :
<br>
$`\overrightarrow{B}=B_z\,\overrightarrow{e_z}=B_z\,\overrightarrow{e_{\rho}}+0\,\overrightarrow{e_{\varphi}}+0\,\overrightarrow{e_z}`$
**$` \Longrightarrow\left\{
\begin{array}{l}
\mathbf{B_{\rho}=0} \\
\mathbf{ B_{\varphi}=0}
\end{array}
\right.`$**
* Si $`\mathbf{B_{\rho}=B_{\varphi}=0}`$ en tout point de l'espace $`\mathscr{E}`$, alors
leur valeur nulle ne varie pas d'un point à un autre point voisin par translation
élémentaire $`d\rho`$ ou $`dz`$, ou variation élémentaire d'angle $`d\varphi`$.
Donc *les dérivées partiellles de $`\mathbf{B_{\rho}\text{ et }B_{\varphi}}`$ par
rapport à $`\mathbf{\rho\,,\,\varphi\text{ et }z}`$ sont nulles* :
<br>
$`\mathbf{\forall M \in \mathscr{E}\; , \; B_{\rho}=B_z=0}`$
**$` \Longrightarrow\left\{
\begin{array}{l}
\boldsymbol{\mathbf{\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial\rho}=\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial\varphi}=\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial z}=0}} \\
\boldsymbol{\mathbf{\dfrac{\partial B_{\varphi}}{\partial\rho}=\dfrac{\partial B_{\varphi}}{\partial\varphi}=\dfrac{\partial B_{\varphi}}{\partial z}=0}} \\
\end{array}
\right.`$**
* $`\Longrightarrow`$ l'expression du *rotationnel de $`\overrightarrow{B}`$ se simplifie* en tout point de l'espace :
<br>
$`\require{\cancel}\begin{align}
\color{brown}{\mathbf{\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}}}
&\;=\left(\xcancel{\dfrac{1}{\rho}\,\dfrac{\partial B_z}{\partial\varphi}}\;-\;\xcancel{\dfrac{\partial B_{\varphi}}{\partial z}}\right)\,\overrightarrow{e_{\rho}}\\
\\
&\quad\; +\left(\xcancel{\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial z}}\;-\;\xcancel{\dfrac{\partial B_z}{\partial \rho}}\right)\,\overrightarrow{e_{\varphi}}\\
\\
&\quad\; +
\,\dfrac{1}{\rho}\,\left(\dfrac{\partial (\,\rho\,B_{\varphi})}{\partial \rho}\;-\;\xcancel{\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial \varphi}}\right)
\,\overrightarrow{e_z}\\
\\
&\boldsymbol{\mathbf{\color{brown}{\;=\dfrac{1}{\rho}\,\dfrac{\partial \,(\,\rho\,B_{\varphi})}{\partial \rho}\,\overrightarrow{e_z}}}}
\end{align}`$
! *Note* : Tu retrouves bien que les composantes du rotationnel de $`\overrightarrow{B}`$ selon $`\rho`$ 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>
! $`\require{\cancel}\begin{align}
! \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}
! &\;= \,\dfrac{1}{\rho}\,\left(\dfrac{\partial (\,\rho\,B_{\varphi})}{\partial \rho}\;-\;\xcancel{\dfrac{\partial B_{\rho}}{\partial \varphi}}\right)
! \,\overrightarrow{e_z}\\
! &\;=\dfrac{1}{\rho}\,\dfrac{\partial \,(\,\rho\,B_{\varphi})}{\partial \rho}\,\overrightarrow{e_z}
! \end{align}`$
#### Qu'impliquent les invariances de $`\overrightarrow{B}`$ ?
* L'étude des invariances de la distribution de courants implique en tout point de l'espace :
**$`\boldsymbol{\mathbf{\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B}(\rho)}=B_{\varphi}(\rho)\,\overrightarrow{e_\varphi}}`$**
* Dans l'espression $`\dfrac{\partial\left(\rho\,B_{\varphi}(\rho)\right)}{\partial\,\rho}`$, le terme **$`\rho\,B_{\varphi}(\rho)`$**
est une **fonction de la seule coordonnée $`\rho`$**. l'opérateur de *dérivée partielle* $`\dfrac{\partial}{\partial\,\rho}`$
peut être *remplacée par* l'opérateur de *dérivée totale* $`\dfrac{d}{d\rho}`$.
* $`\Longrightarrow`$ le rotationnel de $`\overrightarrow{B}`$ se réécrit :
**$`\boldsymbol{\mathbf{\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}=\dfrac{1}{\rho}\,\dfrac{d\left(\rho\,B_{\varphi}\right)}{d\rho}\,\overrightarrow{e_z}}}`$**
#### Comment remonter à l'expression de $`\overrightarrow{B}`$ ?
* $`\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}=\dfrac{1}{\rho}\,\dfrac{d\left(\rho\,B_{\varphi}\right)}{d\rho}`$ permet
l'écriture de la différentielle $`d\left(\rho\,B_{\varphi}(\rho)\right)`$* de la fonction $`\rho\,B_{\varphi}(\rho)`$ sous la forme :
<br>
**$`\boldsymbol{\mathbf{d\left(\rho\,B_{\varphi}(\rho)\right)=\rho\,\overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{B}\cdot d\rho}}`$**
* L'*intégration de $`d\left(\rho\,B_{\varphi}(\rho)\right)`$ entre $`\rho=0`$ et $`\rho_M`$*, $`M=M(\rho_M\,,\varphi_M\,, z_M)`$ étant un point quelconque de l'espace donne :
<br>
**$`\displaystyle\boldsymbol{\mathbf{\int_{\rho=0}^{\rho_M}d\left(\rho\,B_{\varphi}(\rho)\right)=\rho_M\,B_{\varphi}(\rho_M)-0\times B_{\varphi}(0)}}`$**
* **par raisons de symétries**, *$`\mathbf{\overrightarrow{B}}`$ est nul sur l'axe $`\mathbf{Oz}`$*,
$`\overrightarrow{B}(\rho=0) = \overrightarrow{0} \Longrightarrow 0 \times B_{\varphi}(0)=0`$,
(il suffisait de montrer que le champ garde une valeur finie en $`\rho=0`$)
<br>
$`\quad\Longrightarrow`$ **$`\displaystyle\boldsymbol{\mathbf{\rho_M\,B_{\varphi}(\rho_M)=\int_{\rho=0}^{\rho_M}d\left(\rho\,B_{\varphi}(\rho)\right)}}`$**
* Nous obtenons alors, *en tout point $`\mathbf{M=M(\rho_M\,,\varphi_M\,, z_M)}`$*,
<br>
**$`\left\{\begin{array}{l}
\boldsymbol{\mathbf{\rho_M=0\Longrightarrow \overrightarrow{B}=\overrightarrow{0}}} \\
\boldsymbol{\mathbf{\displaystyle\rho_M\gt 0 \Longrightarrow \overrightarrow{B}=\dfrac{1}{\rho_M}\int_{\rho=0}^{\rho_M}d\left(\rho\,B_{\varphi}(\rho)\right)\cdot\overrightarrow{e_{\varphi}}}}
\end{array}\right.`$**
#### Comment faire le lien avec la distribution de courants puis en déduire $`\overrightarrow{B}`$ ?
À faire
<br>
---------------------
#### **1 -** Fil conducteur rectiligne infini de rayon $`R`$ traversé par un courant volumique uniforme
À faire
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