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Update 12.temporary_ins/10.electrostatics-vacuum/40.gauss-theorem-applications/25.cylindrical-charge-distributions/20.gauss-local/20.overview/cheatsheet.fr.md
parent cd1d8c29
Pipeline #16820 canceled with stage
...@@ -54,19 +54,24 @@ $`\def\PSclosed{\mathscr{S}_{\displaystyle\tiny\bigcirc}}`$ ...@@ -54,19 +54,24 @@ $`\def\PSclosed{\mathscr{S}_{\displaystyle\tiny\bigcirc}}`$
##### Application du théorème de **Gauss local** aux ##### Application du théorème de **Gauss local** aux
### **Distributions de charge à symétrie cylindrique** ### **Distributions cylindriques de charges**
#### Comment sont-elles définies ? * Le terme **cylindrique** réfère à l'*aspect extérieur* de la distribution de charges.
* Ici définie, une distribution de charge à symétrie cylindrique *possède* deux symétries, #### Propriétés nécessaires au théorème de Gauss
* Le théorème de Gauss sera utilisable si une distribution cylindrique de charges possède les deux éléments de symétrie suivants :
* une *symétrie de révolution* * une *symétrie de révolution*
* une **symétrie de translation** * une **symétrie de translation**
*autour* et **selon** un même axe, *l'axe de révolution*. *autour* et **selon** un même axe, *l'axe de révolution*.
<!---------un peu inutile ici---------
! *rappel* : un axe de *révolution* est un axe de *rotation d'ordre infini*. ! *rappel* : un axe de *révolution* est un axe de *rotation d'ordre infini*.
* Tout **plan contenant l'axe de révolution** est *plan de symétrie* pour la charge électrique. * La cause du champ $`\overrightarrow{E}`$ (la charge électrique) étant un scalaire, tout plan contenant l'axe de révolution est plan de symétrie pour la charge électrique.
------------------------------------->
#### Quel système de coordonnées spatiales choisir ? #### Quel système de coordonnées spatiales choisir ?
...@@ -77,14 +82,14 @@ $`\def\PSclosed{\mathscr{S}_{\displaystyle\tiny\bigcirc}}`$ ...@@ -77,14 +82,14 @@ $`\def\PSclosed{\mathscr{S}_{\displaystyle\tiny\bigcirc}}`$
et de repère orthonormé associé le *repère cylindrique $`\mathbf{(O, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_{\varphi}}, \overrightarrow{e_z})}`$*. et de repère orthonormé associé le *repère cylindrique $`\mathbf{(O, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_{\varphi}}, \overrightarrow{e_z})}`$*.
#### Comment caractériser un distribution de charges à symétrie cylindrique ? #### Comment caractériser cette distribution de charges ?
* La distribution de charges est décrite par une **densité de charge $`\dens=\dens(\rho,\varphi,z)`$**. * La distribution de charges est décrite par une **densité de charges $`\dens=\dens(\rho,\varphi,z)`$**.
<br> <br>
* L'*invariance par rotation* d'angle $`\Delta\varphi`$ quelconque impose **$`\require{\cancel}\dens= \dens(\rho,\xcancel{\varphi}, z)`$**. * L'*invariance par rotation* d'angle $`\Delta\varphi`$ quelconque impose **$`\require{\cancel}\dens= \dens(\rho,\xcancel{\varphi}, z)`$**.
* L'*invariance par translation* de longueur $`\Delta z`$ quelconque impose **$`\require{cancel}\dens= \dens(\rho,\varphi, \xcancel{z})`$**. * L'*invariance par translation* de longueur $`\Delta z`$ quelconque impose **$`\require{cancel}\dens= \dens(\rho,\varphi, \xcancel{z})`$**.
<br> <br>
* *Au final*, la densité volumique de charge **$`\dens`$ ne dépend que de $`\rho`$** : * *Au final*, la densité volumique de charges **$`\dens`$ ne dépend que de z** :
*$`\mathbf{\left.\begin{array}{l} *$`\mathbf{\left.\begin{array}{l}
\dens=\dens\,(\rho, z) \\ \dens=\dens\,(\rho, z) \\
\dens=\dens\,(\rho, \varphi) \dens=\dens\,(\rho, \varphi)
...@@ -94,42 +99,44 @@ $`\def\PSclosed{\mathscr{S}_{\displaystyle\tiny\bigcirc}}`$ ...@@ -94,42 +99,44 @@ $`\def\PSclosed{\mathscr{S}_{\displaystyle\tiny\bigcirc}}`$
<br> <br>
![](electrostatics-gauss-cylindrical-charge-distribution-1-v7_L1200.gif) ![](electrostatics-gauss-cylindrical-charge-distribution-1-v7_L1200.gif)
_Un cylindre infini est, lorsqu'il est chargé uniformément en volume, l'exemple le plus simple de distribution de charge à symétrie cylindrique. Corriger_ $`\vec{e_r}`$ _en_ $`\vec{e_{\rho}}`$. _Un cylindre infini est, lorsqu'il est chargé uniformément en volume, l'exemple le plus simple de distribution de chargess à symétrie cylindrique. Corriger_ $`\vec{e_r}`$ _en_ $`\vec{e_{\rho}}`$.
#### De quelles coordonnées dépend $`\overrightarrow{E}`$ ? #### De quelles coordonnées dépend $`\overrightarrow{E}`$ ?
* **L'effet** possède les *invariances de sa cause* : * **L'effet** possède les *invariances de sa cause* :
$`\Longrightarrow`$**$`\mathbf{\overrightarrow{E}}`$** possède les *invariances de $`\dens`$* $`\Longrightarrow`$**$`\mathbf{\overrightarrow{E}}`$** possède les *invariances de $`\dens`$*
* $`\mathbf{\dens=\dens(\rho)\Longrightarrow}`$**$`\mathbf{\overrightarrow{E}=\overrightarrow{E}(\rho)}`$** * $`\mathbf{\dens=\dens(\rho)\Longrightarrow}`$**$`\mathbf{\overrightarrow{E}=\overrightarrow{E}(\rho)}`$**
#### Comment déterminer la direction de $`\overrightarrow{E}`$ ? #### Comment déterminer la direction de $`\overrightarrow{E}`$ ?
* *Par l'* **étude des symétries** *de la distribution de charges $`\dens`$*. * *Par l'* **étude des symétries** *de la distribution de charges $`\dens`$*.
![](electrostatics-gauss-cylindrical-charge-distribution-2-v7_L1200.gif) <br>
_figure temporaire à réviser : corriger_ $`\vec{e_r}`$ _en_ $`\vec{e_{\rho}}`$. _Remplacer_ $`\mathscr{P}_2`$ _par_ $`\mathscr{P}_0`$. _En effet, pour le point suivant, nous réserverons la notation_ $`\mathscr{P}_i`$ _avec_ $`i\in\mathbb{N}^*`$ _aux plans contenant l'axe_ $`Oz`$. _Rajouter la notation $`\Delta`$ pour l'axe_ $`Oz`$.
<!------------------------------------------------------- ![](electrostatics-gauss-cylindrical-charge-distribution-2-v9_L1200.gif)
* **$`\overrightarrow{E}`$** est un *vecteur polaire*.
* *$`\mathbf{\mathcal{P}_1=}`$* **$`\mathbf{\mathcal{P}_1\,(M, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_z})}`$** est *plan de symétrie* pour $`\dens`$.
* *$`\mathbf{\mathcal{P}_2=}`$* **$`\mathbf{\mathcal{P}_2\,(M, \overrightarrow{e_{\varphi}}, \overrightarrow{e_{\rho}})}`$** est *plan de symétrie* pour $`\dens`$.
* *$`\mathbf{\mathcal{P}_1\cap\mathcal{P}_2=\mathcal{D}(M, \overrightarrow{e_{\rho}})}`$*
------------------------------------>
* **En tout point $`M`$** de l'espace, 1. Soit un **point $`M(\rho_M\,\varphi_M,z_M)`$ quelconque** de l'espace.
2. Le **plan $`P_1`$** qui contient le point $`M`$ et l'axe $`Oz`$ est *plan de symétrie* pour la distribution de charges.
3. Le **plan $`P_2`$** qui contient le point $`M`$ et perpendiculaire à l'axe $`Oz`$ est *plan de symétrie* pour la distribution de charges.
4. Le champ électrique **$`\overrightarrow{E}`$ étant un vecteur polaire**, en tout point d'un plan de symétrie
il est contenu ce plan.
Ainsi *$`\overrightarrow{E}`$ est contenu* à la fois dans $`P_1`$ et $`P_2`$, il est donc contenu
*dans l'intersection $`P_1 \cap P_2`$* de ces deux plans.
La *direction de $`\overrightarrow{E}`$, selon $`\overrightarrow{e_{\rho}}`$*, est
*totalement déterminée*.
* De façon plus concise :
<br>
**En tout point $`M`$** de l'espace,
*$`\left.\begin{array}{l} \overrightarrow{E}\;\text{vecteur polaire} \\ *$`\left.\begin{array}{l} \overrightarrow{E}\;\text{vecteur polaire} \\
P_1\,(M, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_z})\; \text{plan de symétrie} \\ P_1\,(M, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_z})\; \text{plan de symétrie} \\
P_2\,(M, \overrightarrow{e_{\varphi}}, \overrightarrow{e_{\rho}})\; \text{plan de symétrie} P_2\,(M, \overrightarrow{e_{\varphi}}, \overrightarrow{e_{\rho}})\; \text{plan de symétrie}
\end{array}\right\}\,\Longrightarrow`$* **$`\mathbf{\overrightarrow{E}=E_{\rho}\,\overrightarrow{e_{\rho}}}`$** \end{array}\right\}\,\Longrightarrow`$* **$`\mathbf{\overrightarrow{E}=E_{\rho}\,\overrightarrow{e_{\rho}}}`$**
![](electrostat-symetries-cylinder_L1200.jpg)
<br> <br>
_et donc future écriture quand la figure sera modifiée :_
*$`\left.\begin{array}{l} \overrightarrow{E}\;\text{vecteur polaire} \\
P_0\,(M, \overrightarrow{e_{\varphi}}, \overrightarrow{e_{\rho}})\; \text{plan de symétrie} \\
P_1\,(M, \overrightarrow{e_{\rho}}, \overrightarrow{e_z})\; \text{plan de symétrie} \\
\end{array}\right\}\,\Longrightarrow`$*
**$`\mathbf{\overrightarrow{E}=E_{\rho}\,\overrightarrow{e_{\rho}}}`$**
#### Comment s'exprime $`\overrightarrow{E}`$ en tout point de l'espace ? #### Comment s'exprime $`\overrightarrow{E}`$ en tout point de l'espace ?
......
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