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Champ électromagnétique et potentiel

Posté par
Pikimidb
18-07-18 à 01:00

Bonjour,

j'aimerais avoir une vérification sur un exercice :

on a un champ \vec{E}(\vec{r}) = \alpha \begin{pmatrix} 2xy\\ x^2\\ 0 \end{pmatrix}

Et il faut calculer le potentiel V(\vec{r}).

Peut-on utiliser \vec{E} = - \vec{grad}(V) ici et trouver que  \vec{V}(\vec{r}) = -\alpha \begin{pmatrix} yx^2\\ yx^2\\ 0 \end{pmatrix} ?
Ou bien faut-il passer par V(\vec{r}) = \frac{1}{4\pi\epsilon _0r}\int \rho\ d^3r' ?

Merci d'avance pour l'aide apportée !

Posté par
vanoise
re : Champ électromagnétique et potentiel 18-07-18 à 10:22

Bonjour
L'utilisation du gradient est ici la méthode la plus rapide. Ton résultat est correct.

Posté par
vanoise
re : Champ électromagnétique et potentiel 18-07-18 à 10:49

J'ai posté trop vite. Il faut bien raisonner sur le gradient mais le potentiel est un scalaire pas un vecteur .Pour V  il faut trouver une fonction numérique des coordonnées d'espace qui conduit au vecteur E.

Posté par
Pikimidb
re : Champ électromagnétique et potentiel 18-07-18 à 12:09

Oui ! C'est ce qui me dérangeait dans ce que je trouve, mais je ne vois pas trop comment faire autrement, enfin comment le formaliser.

Posté par
Pikimidb
re : Champ électromagnétique et potentiel 18-07-18 à 12:16

Enfin du coup si on met V(\vec{r}) = -\alpha yx^2 + constante, ce serait bon, non ?

Posté par
vanoise
re : Champ électromagnétique et potentiel 18-07-18 à 15:19

Oui !
L'opérateur gradient s'applique à une fonction scalaire des coordonnées (x,y,z) du point M où on étudie le champ électrostatique. En utilisant la définition du gradient on obtient un système de trois équations :

\overrightarrow{grad}\left(V\right)=\begin{cases}
 \\ \frac{\partial V}{\partial x}=-E_{x}=-2\alpha.x.y & \left(1\right)\\
 \\ \frac{\partial V}{\partial y}=-E_{y}=-\alpha.x^{2} & \left(2\right)\\
 \\ \frac{\partial V}{\partial z}=-E_{z}=0 & \left(3\right)
 \\ \end{cases}

Ici, les choses sont simples ; il suffit d'intégrer par rapport à x (première ligne) puis de vérifier que l'expression de V obtenue est conforme aux deux autres lignes. Je t'indique ci-dessous la méthode générale qui pourra t'être utile pour des expressions plus compliquées.
L'intégration de la première ligne conduit à :

V=-\alpha.y.x^{2}+f(y,z)
Une primitive est définie à une constante près dans le cas d'une seule variable. Puisque ici, l'intégration se fait par rapport à x, la « constante » peut dépendre dans le cas général de y et z.
La troisième ligne montre que V ne dépend pas de z. D'où la simplification :

V=-\alpha.y.x^{2}+f(y)
La deuxième ligne devient :

\frac{\partial V}{\partial y}=-\alpha.x^{2}+f'(y)=E_{y}=-\alpha.x^{2}\quad\left(f'(y):\text{ dérivée de f(y) par rapport à y}\right)
Donc, par identification :

f'(y)=0\quad donc\quad V=-\alpha.y.x^{2}+K\quad\left(\text{K : constante arbitraire}\right)

On ne peut déterminer le potentiel qu'à une constante arbitraire près puisque le gradient d'une constante est le vecteur nul. Cela n'est pas physiquement gênant puisque seules les différences de potentiels ont un intérêt physique.

Posté par
vanoise
re : Champ électromagnétique et potentiel 18-07-18 à 22:47

Un peu hors sujet ici mais je préfère rectifier ; dans le cas général d'une source d'extension finie (pas de charge à l'infini) :

V(\vec{r})=\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}\int\frac{\rho}{r}\cdot d^{3}r'
Dans le cas général, la distance "r" entre le point M où on cherche à déterminer le potentiel et le point P où se trouve centrée la charge élémentaire {\rho}\cdot d^{3}r' dépend de la position de M et doit être considérée comme une variable dans le calcul intégral.

Posté par
Pikimidb
re : Champ électromagnétique et potentiel 19-07-18 à 15:03

D'accord, merci pour ces éclaircissements !



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