Champs et forces
Commencez par la loi de Coulomb, les champs électriques, la loi de Gauss et les circuits simples (loi d'Ohm, règles de Kirchhoff).
Électromagnétisme
Les équations de Maxwell, les champs électriques et magnétiques, les ondes électromagnétiques et les circuits : la physique qui sous-tend toute la technologie moderne.
Aperçu
L'électromagnétisme est la branche de la physique décrivant les champs électriques et magnétiques, leurs interactions avec la matière et les ondes électromagnétiques qui comprennent la lumière, la radio et les rayons X. James Clerk Maxwell a unifié l'électricité, le magnétisme et l'optique en quatre équations compactes dans les années 1860 – l'une des plus grandes réalisations de l'histoire des sciences.
Le champ se divise en électrostatique (charges stationnaires), magnétostatique (courants constants), électrodynamique (champs variables dans le temps), et l'étude de ondes électromagnétiques et leurs interactions avec la matière.
Concepts de base
Champs électriques et loi de Coulomb
La loi de Coulomb décrit la force entre deux charges ponctuelles stationnaires : F = kq₁q₂/r². Le champ électrique E = F/q quantifie la force par unité de charge en tout point de l'espace, visualisée sous forme de lignes de champ pointant vers les charges positives et vers les charges négatives. La loi de Gauss relie le flux électrique total à travers une surface fermée à la charge enfermée.
Champs magnétiques et force de Lorentz
Les charges en mouvement génèrent des champs magnétiques, décrits par la loi de Biot-Savart et la loi d'Ampère. La loi de force de Lorentz F = q(E + v × B) donne la force électromagnétique totale exercée sur une charge se déplaçant dans des champs électriques et magnétiques combinés. Les monopôles magnétiques n'existent pas : les lignes de champ forment toujours des boucles fermées.
Les équations de Maxwell
Les quatre équations de Maxwell constituent la description classique complète de l'électromagnétisme :
- Loi de Gauss : ∇·E = ρ/ε₀ — les champs électriques divergent des charges
- Loi de Gauss pour le magnétisme : ∇·B = 0 — pas de monopôles magnétiques
- Loi de Faraday : ∇×E = −∂B/∂t — changer B induit E
- Loi d'Ampère-Maxwell : ∇×B = μ₀J + μ₀ε₀∂E/∂t — les courants et le changement de E produisent B
Prendre la boucle des deux derniers donne l’équation des ondes électromagnétiques, prédisant les ondes qui se déplacent à c = 1/√(μ₀ε₀) ≈ 3×10⁸ m/s — la vitesse de la lumière.
Induction électromagnétique
Loi de Faraday : un flux magnétique changeant induit une CEM. La loi de Lenz précise sa direction – s'opposant au changement qui l'a provoqué. C’est le principe des générateurs, des transformateurs et de la charge inductive. L'auto-inductance décrit comment une bobine s'oppose aux changements de son propre courant.
Parcours d'apprentissage
Induction et Circuits
Couvrez les lois de Faraday et de Lenz, l'inductance, la capacité, les circuits alternatifs et l'oscillateur LC.
La théorie de Maxwell
Maîtrisez les équations de Maxwell sous forme différentielle, les ondes électromagnétiques et le lien avec la relativité restreinte.
Articles clés
Les équations de Maxwell
Une dérivation complète et une interprétation physique des quatre équations de Maxwell.
Lire →L'effet photoélectrique
L'explication d'Einstein qui a lancé la théorie quantique : la lumière sous forme de photons.
Lire →L'effet Aharonov-Bohm
Comment les potentiels électromagnétiques affectent les phases quantiques même là où les champs sont nuls.
Lire →L'effet Faraday
Les champs magnétiques font pivoter la polarisation de la lumière – un lien profond entre l’EM et l’optique.
Lire →L'effet Kerr
Comment les champs électriques modifient l'indice de réfraction d'un milieu.
Lire →La fréquence du plasma
Comment les électrons libres d’un plasma réagissent aux ondes électromagnétiques.
Lire →Calculatrices associées
Foire aux questions
Que décrivent les équations de Maxwell ?
Comment les champs électriques et magnétiques sont générés par les charges et les courants, comment ils interagissent et comment les champs changeants se produisent mutuellement – prédisant la lumière sous forme d’onde électromagnétique.
Quelle est la différence entre le potentiel électrique et le champ électrique ?
E est un vecteur force par unité de charge ; V est une énergie potentielle scalaire par unité de charge. Ils se rapportent via E = −∇V.
Pourquoi un champ magnétique changeant crée-t-il un champ électrique ?
Loi d'induction de Faraday : la modification du flux magnétique induit une CEM. Cela pilote des générateurs, des transformateurs et une recharge sans fil.
Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?
Une oscillation couplée des champs E et B se propageant à c ≈ 3×10⁸ m/s. Toute lumière – radio, visible, rayons X – est un rayonnement électromagnétique.