Induction et Équations de Maxwell (vide)
Approche d'un problème d'électromagnétisme

Bien définir le système étudié. Utiliser les symétries du système voire en imposer. ("Supposons que toute vache est sphérique...") Utiliser des coordonnées adaptées aux symétries. Faire les démonstrations générales en cartésiennes en effectuant des permutations circulaires des indices et traiter les cas particuliers en cylindriques, polaires ou sphériques.

S'entraîner sur quelques exercices pour savoir quelles formes équivalentes utiliser : pour la détermination des champs électriques et magnéto-statiques employer soit les formes intégrales (lorsque les symétries sont évidentes) ou locales des théorèmes de Gauss ou d'Ampère, ou l'intégration directe avec la loi de Coulomb ou de Biot et Savart (souvent très calculatoire). Se servir des conditions de passage ; établir le champ à un endroit simple (au centre du solénoïde par exemple) et par les théorèmes intégraux l'établir ailleurs, et relier les inconnues par des conditions de passage. Éventuellement utiliser l'approximation dipolaire à grande distance.

Pour l'induction essayer soit la Loi de Lenz (pour les circuits simples), ou Maxwell- Faraday, ou le champ de Neumann, ou le champ électromoteur en particulier pour des problèmes locaux et dans des dispositifs massifs(chauffage, freinage) ...

Relier les champs inconnus par des relations phénoménologiques (en particulier forme locale de la loi d'Ohm si elle est valable).

Utiliser les conditions de passage (théorème de Coulomb) soit pour fixer les conditions au bord, soit pour déduire la valeur des charges et des courants au bord du problème.

Profiter des hypothèses : dans le vide charge et courants sont nuls, dans un conducteur parfait charge et champ électrique sont nuls.

Travailler soit avec les potentiels électriques, ou potentiels vecteurs (équation de Poisson, Laplace, surtout pour les condensateurs) soit avec champs électriques et champs magnétiques suivant le problème. L'élégance des équations doit guider.

Employer dans les régimes variables soit la conservation de la charge soit les équations de Maxwell complètes.

Parfois dans les exercices usuels on peut sortir les champs des intégrales (ce n'est pas toujours vrai).

Éventuellement raisonner à partir de l'énergie.

Éventuellement employer le principe de superposition si les équations sont linéaires (ce qui est le cas des équations de Maxwell).

Ne pas employer des conventions de signe personnelles mais toujours rester dans les conventions françaises car certaines conventions de signe se cachent à des endroits inattendus en particulier dans le lien avec l'électrocinétique fait dans l'induction. Choisir le sens de parcours des circuits (et donc l'orientation des surfaces par la règle du tire-bouchon de droitier) en fonction du sens attendu de l'intensité (du plus vers le moins). Orienter les surfaces enserrant des volumes de préférence de l'intérieur vers l'extérieur. Critiquer le signe des résultats obtenus par rapport au bon sens (charge ou décharge d'un condensateur par exemple).

Pour les forces électromagnétiques macroscopiques, employer la force de Laplace dans les cas de déplacements linéaires, et le moment de cette force pour des systèmes rotatifs ; éventuellement employer l'énergie d'un moment dans un champ. Utiliser l'approximation dipolaire.

De même au niveau microscopique on pourra employer avec profit le théorème de l'énergie mécanique pour simplifier l'étude de la force de Lorentz sur une charge en mouvement, ou se placer dans des repères tournants (base de Frenet) et référentiels non galiléens en employant la force centrifuge.

Remarquer pour les problèmes concernant les plasmas que l'électron est bien plus léger que les noyaux ; dans ces problèmes, on se place souvent en régime sinusoïdal forcé pour une fréquence donnée.

Florent CALVAYRAC - Université du Maine Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de ModificationRéalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)