★ À maîtriser
📌 Une distribution discrète est une collection de charges ponctuelles fixes, tandis qu’une distribution continue est décrite par des éléments mésoscopiques de charge.
📐 Formule - Pour une distribution continue, les éléments de charge sont en ligne, en surface et en volume.
📌 Sur un plan de symétrie des charges, le champ électrostatique en un point du plan est contenu dans ce plan ; sur un plan d’antisymétrie, il lui est perpendiculaire.
Compléments
📌 Les invariances de la distribution de charges déterminent les paramètres de position dont dépend la norme du champ électrostatique.
Symétrie : E reste dans le plan ; antisymétrie : E lui est perpendiculaire.
★ À maîtriser
📐 Formule - Le champ créé en M par une charge ponctuelle q₀ située en P est .
📌 La force de Coulomb entre deux charges ponctuelles est attractive si elles sont de signes contraires et répulsive si elles sont de même signe.
📐 Formule - Le champ gravitationnel créé en M par une masse ponctuelle m₀ située en P est .
Compléments
Coulomb change de signe selon les charges ; Newton attire toujours.
★ À maîtriser
📐 Formule - Le flux électrostatique sortant d’une surface fermée vérifie .
📌 Une surface de Gauss doit être fermée, passer par le point étudié, rendre le champ uniforme sur sa partie utile et permettre que le champ y soit colinéaire à la normale utile ou perpendiculaire ailleurs.
📐 Formule - Le champ d’un plan infini uniformément chargé vaut au-dessus du plan et au-dessous.
📐 Formule - Dans l’espace inter-armatures d’un condensateur plan infini, , et le champ est nul à l’extérieur.
Compléments
📐 Formule - Le flux gravitationnel sortant d’une surface fermée vérifie .
📐 Formule - À l’extérieur d’une boule uniformément chargée de charge totale Q et de centre O, le champ est .
★ À maîtriser
📐 Formule - Le champ créé par N charges ponctuelles est la somme de leurs champs : .
📐 Formule - La force électrostatique sur une charge-test q est conservative et vérifie .
📐 Formule - Le travail de la force électrostatique entre A et B vaut et ne dépend pas du chemin suivi.
📐 Formule - Le potentiel électrostatique est défini par et le champ vérifie .
📐 Formule - Le potentiel créé en M par une charge ponctuelle q₀ située en P est .
📐 Formule - Pour un condensateur plan infini, , et, en électrostatique, .
📐 Formule - La capacité d’un condensateur plan à air ou à vide est , exprimée en farads.
Compléments
📐 Formule - La circulation du champ électrostatique entre A et B vaut et sa circulation sur un contour fermé est nulle.
📐 Formule - Le potentiel créé par une distribution discrète est .
Le champ pointe vers les potentiels décroissants.
★ À maîtriser
📐 Formule - Les éléments de courant sont en distribution linéique, en distribution surfacique et en distribution volumique.
📐 Formule - L’intensité algébrique traversant une surface orientée est et, si j est uniforme et colinéaire à la normale, .
📐 Formule - Pour un seul type de porteurs, la densité de charge mobile vaut et la densité volumique de courant vaut .
Compléments
📐 Formule - Pour plusieurs types de porteurs, la densité volumique de courant est , avec .
📐 Formule - Dans un conducteur ohmique, la loi d’Ohm locale est et la résistivité vaut .
★ À maîtriser
📐 Formule - La force magnétique de Lorentz exercée sur une charge q de vitesse v est .
📐 Formule - La force élémentaire de Laplace sur un élément de fil parcouru par I est , et sur un segment CD en champ uniforme, .
📌 Sur un plan de symétrie des courants, le champ magnétique en un point du plan est perpendiculaire au plan ; sur un plan d’antisymétrie, il est contenu dans le plan.
Compléments
📌 Les invariances de la distribution de courants déterminent les paramètres de position dont dépend la norme du champ magnétique.
📐 Formule - Le théorème d’Ampère s’écrit , avec .
📌 Un contour d’Ampère doit être fermé et orienté, passer par le point étudié et rendre le champ uniforme et tangent sur sa partie utile, perpendiculaire au contour ailleurs.
📐 Formule - Le champ créé par un fil rectiligne infini parcouru par un courant I vaut .
📐 Formule - À l’intérieur d’un solénoïde infini d’axe Oz, le champ vaut et il est nul à l’extérieur, où n est le nombre de spires par unité de longueur.
★ À maîtriser
📐 Formule - Le flux propre d’un circuit parcouru par un courant I vérifie , où L est positif, dépend de la géométrie du circuit et s’exprime en henrys.
Compléments
Le flux magnétique a la même valeur à travers toute section d’un même tube de champ.
Les lignes du champ magnétique tendent à tourbillonner autour de leur source ; autour d’un fil infini, elles sont des cercles orientés selon la règle du tire-bouchon.
📐 Formule - L’inductance propre d’un solénoïde long de longueur l, comportant N spires de surface S chacune, vaut .
★ À maîtriser
📐 Formule - Le moment dipolaire électrique vaut , il est indépendant du point O et s’exprime en C·m.
📐 Formule - À grande distance d’un dipôle électrique, lorsque r ≫ a, le potentiel vaut .
📐 Formule - Dans un champ électrique uniforme, un dipôle subit le couple et possède l’énergie potentielle .
📐 Formule - Le moment dipolaire magnétique vaut , où n est normal au circuit et orienté selon la règle du tire-bouchon ; il s’exprime en A·m².
Compléments
📌 Dans un champ uniforme, l’alignement de p et E dans le même sens est un équilibre stable d’énergie minimale, tandis que l’alignement opposé est instable et d’énergie maximale.
📐 Formule - Dans un champ électrique non uniforme à l’échelle du dipôle, la force est et tend à déplacer le dipôle vers les zones de champ plus intense.
Dipôle électrique : charges séparées ; dipôle magnétique : boucle de courant.
★ À maîtriser
📐 Formule - Pour une transformation monobare, le transfert thermique algébriquement reçu vérifie .
📐 Formule - La loi de Hess donne .
📌 Dans une réaction standard de formation, une mole de l’espèce formée est produite à partir des corps simples dans leur état standard de référence, et l’enthalpie standard de formation de cet état de référence est nulle.
📌 Fusion, vaporisation et sublimation sont endothermiques, avec Q > 0, tandis que solidification, liquéfaction et condensation sont exothermiques, avec Q < 0.
📐 Formule - Sans réaction chimique, pour une transformation monobare, le transfert thermique vaut .
📐 Formule - En réacteur monobare et monotherme, le transfert thermique de réaction vaut ; il est endothermique si ΔrH⁰ > 0 et exothermique si ΔrH⁰ < 0.
Compléments
📐 Formule - Pour un système polyconstitué, et sa différentielle dépend de T, P et de l’avancement ξ.
📌 L’approximation d’Ellingham suppose ΔrH⁰ indépendant de T sur un intervalle si aucun réactif ni produit ne change d’état physique dans cet intervalle.
L’enthalpie standard de vaporisation de l’eau est évaluée à la température de vaporisation Tvap = 373 K et est aussi appelée chaleur latente molaire de vaporisation.
Dans un réacteur monobare adiabatique, Q = ΔH = 0 et le bilan se décompose en une contribution réactionnelle à Ti puis une contribution thermique des constituants restants entre Ti et Tf.
★ À maîtriser
📌 L’entropie suit l’ordre .
📐 Formule - L’entropie standard de réaction vaut .
📐 Formule - Lors d’un changement d’état réversible à T₀, .
Compléments
📌 Si une réaction produit plus de gaz qu’elle n’en consomme, Δrνgaz > 0 et ΔrS⁰ doit être positif ; si elle en produit moins, Δrνgaz < 0 et ΔrS⁰ doit être négatif.
Fusion, vaporisation, sublimation absorbent ; solidification, liquéfaction, condensation cèdent.
★ À maîtriser
📌 À T et P constants, l’enthalpie libre diminue lors d’une évolution spontanée et est minimale à l’équilibre.
📐 Formule - Le potentiel chimique d’un constituant vérifie .
📌 Lors d’un transfert spontané de matière entre deux phases à T et P constants, la matière s’écoule vers le potentiel chimique le plus faible ; à l’équilibre, les potentiels chimiques des phases sont égaux.
📐 Formule - L’enthalpie libre d’un système polyconstitué s’écrit et l’enthalpie libre de réaction vaut .
📐 Formule - L’enthalpie libre standard de réaction vaut et dépend de T même si ΔrH⁰ et ΔrS⁰ en sont indépendants.
Compléments
📐 Formule - En l’absence de travaux autres que ceux des forces de pression, avec .
Pour un gaz parfait pur, l’activité vaut P/P⁰ avec P⁰ = 1 bar ; pour une phase condensée pure, l’activité vaut 1.
Dans un mélange idéal de gaz parfaits, l’activité du gaz i vaut Pi/P⁰ et la loi de Dalton donne Pi = xiᵛP.
Pour un soluté d’une solution très diluée, l’activité vaut Ci/C⁰ avec C⁰ = 1 mol·L⁻¹.
À T et P constants, évolution spontanée → G diminue.
★ À maîtriser
📌 Le quotient réactionnel est sans dimension et dépend explicitement de la pression et de la composition, tandis que sa valeur à l’équilibre K⁰(T) ne dépend que de la température.
📐 Formule - La relation entre enthalpie libre de réaction et quotient réactionnel est .
📐 Formule - À l’équilibre, et , soit .
📐 Formule - La relation de Van’t Hoff s’écrit .
Compléments
📐 Formule - Pour un gaz parfait i en mélange idéal, , avec V en m³, P⁰ = 10⁵ Pa et T en K.
📐 Formule - Pour un soluté très dilué, ; l’activité d’un solide ou liquide seul dans sa phase, ainsi que celle d’un solvant, vaut 1.
📐 Formule - La température d’inversion Ti vérifie , et, dans les conditions données, .
Q dépend de la composition ; K ne dépend que de T.
📌 À T et P constants, l’évolution chimique vérifie ΔrG·dξ ≤ 0 : si ΔrG < 0, ξ augmente dans le sens direct ; si ΔrG > 0, ξ diminue dans le sens indirect ; si ΔrG = 0, le système est à l’équilibre.
📐 Formule - La relation entre sens d’évolution et quotient est .
📌 Si Qr < K⁰, le système évolue dans le sens direct ; si Qr > K⁰, il évolue dans le sens indirect ; si Qr = K⁰, il est à l’équilibre.
📌 La réaction est quasi-totale dans le sens direct si K⁰ > 10³, dans le sens indirect si K⁰ < 10⁻³, et le domaine d’équilibre chimique correspond à 10⁻³ < K⁰ < 10³.
Q < K : sens direct ; Q > K : sens indirect.
★ À maîtriser
Une augmentation de température à pression et composition constantes augmente K⁰ pour une réaction endothermique directe et le diminue pour une réaction exothermique directe.
Une augmentation de température déplace l’équilibre dans le sens endothermique ; si ΔrH⁰ = 0, la température n’est pas un facteur d’équilibre.
À température constante, une perturbation de pression ou de composition modifie Qr mais pas K⁰, et le système évolue ensuite vers l’égalité Qr = K⁰.
À température et composition constantes, une augmentation de pression déplace l’équilibre vers le sens qui diminue le nombre total de moles gazeuses, lorsque cette variation distingue les sens de réaction.
L’ajout d’un gaz inerte à T et V constants ne modifie pas l’équilibre ; à T et P constants, il déplace l’équilibre vers le sens qui augmente le nombre de moles gazeuses.
L’ajout d’un gaz actif à T et V constants déplace l’équilibre dans le sens où ce gaz est consommé.
Compléments
📌 L’ajout d’une phase condensée inerte en faible quantité à température constante est sans effet sur l’équilibre.
Chauffer déplace vers le sens endothermique.
★ À maîtriser
📐 Formule - L’équation différentielle linéaire du premier ordre à second membre constant s’écrit ; sa solution homogène est , une solution particulière est et la solution complète est .
📐 Formule - Pour , la solution homogène est sinusoïdale de pulsation ω₀, une solution particulière est Y et la solution complète est leur somme.
📐 Formule - L’équation amortie forcée à second membre constant est ; la forme de sa solution homogène dépend du signe du discriminant.
📌 Pour l’équation amortie, Δ > 0 donne le régime apériodique, Δ < 0 le régime pseudopériodique et Δ = 0 le régime apériodique critique.
Compléments
📐 Formule - Pour , la solution homogène est une combinaison de fonctions exponentielles ou hyperboliques, une solution particulière est Y et la solution complète est leur somme.
📐 Formule - En régime sinusoïdal forcé, une solution particulière s’écrit en notation complexe, et l’équation donne .
★ À maîtriser
📐 Formule - Un oscillateur mécanique libre non amorti vérifie et sa solution est une combinaison de sinus et cosinus de pulsation ω₀.
📐 Formule - Un oscillateur mécanique libre amorti vérifie ou , avec .
📐 Formule - Un oscillateur mécanique forcé vérifie ; après extinction du transitoire, le régime permanent est sinusoïdal à la pulsation ω.
📌 Il y a résonance d’élongation lorsque , et la bande passante vaut .
Compléments
📐 Formule - La fonction de transfert complexe de l’oscillateur forcé est .
Q < 1/2 : apériodique ; Q = 1/2 : critique ; Q > 1/2 : pseudopériodique.
★ À maîtriser
Compléments
Quelques usages courants des lettres grecques sont :
D’autres usages courants des lettres grecques sont :
Les symboles suivants ont notamment ces usages :
Les lettres majuscules Π et Σ désignent respectivement un produit et une somme, tandis que Σ peut aussi désigner un système, une surface ou une section.
| Propriété | Électrostatique | Magnétostatique |
|---|---|---|
| Sources | Charges fixes | Courants constants |
| Symétrie dans un plan | E est contenu dans un plan de symétrie | B est perpendiculaire au plan de symétrie |
| Antisymétrie dans un plan | E est perpendiculaire au plan | B est contenu dans le plan |
| Théorème intégral | Flux sur surface fermée : Qint/ε₀ | Circulation sur contour fermé : μ₀Ienlacé |
| Condition | Régime | Réponse libre |
|---|---|---|
| Q < 1/2 | Apériodique | Combinaison d’exponentielles réelles |
| Q = 1/2 | Apériodique critique | (At + B)e⁻ᵗ/τ |
| Q > 1/2 | Pseudopériodique | Sinusoïde amortie exponentiellement |
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1. Quelle branche de l’électromagnétisme étudie les champs électriques produits par des distributions de charges fixes dans le référentiel du laboratoire ?
2. Un modèle représente des charges comme une collection de charges ponctuelles fixes ; comment qualifie-t-on cette distribution, par opposition à une distribution décrite par des éléments mésoscopiques de charge ?
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Qu’étudie l’électrostatique ?
Les champs électriques créés par des distributions de charges fixes dans le référentiel du laboratoire.
Comment une distribution discrète de charges est-elle constituée ?
De charges ponctuelles fixes.
Comment une distribution continue de charges est-elle décrite ?
Par des éléments mésoscopiques de charge.
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