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Niveau école ingénieur
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Démonstration du vecteur excitation magnétique H

Posté par
RoNoR
27-12-20 à 16:59

Bonjour,
j'ai dans mon cours une démonstration pour adapter l'équation de Maxwell-Ampère au cas des matériaux magnétique polarisés / aimantés. Voici la dite démonstration, j'expliquerai mon problème en dessous

\overrightarrow{rot}(\overrightarrow{B}) = \mu_0*(\overrightarrow{j}) + \mu_0*\epsilon_0*\frac{d \overrightarrow{E}}{d t} (1)
\leftrightarrow \overrightarrow{rot} \overrightarrow{B} = \mu_0(\overrightarrow{j_{ext}}+\overrightarrow{j_P}+\overrightarrow{j_V})+\mu_0\epsilon_0\frac{d \overrightarrow{E}}{d t} (2)

avec \overrightarrow{j_{ext}} la densité de courants libres, \overrightarrow{j_P} la densité de courants de polarisation, et \overrightarrow{j_V} la densité de courant volumiques issu de l'aimantation.
Je vois très bien d'où viennent le premier et le troisième vecteur, mais je sèche pour le deuxième, car c'est la première fois qu'il intervient dans le cours, et la suite ne m'aide pas à comprendre :

\leftrightarrow \overrightarrow{rot} \overrightarrow{B} = \mu_0(\sigma \overrightarrow{E}+\frac{d \overrightarrow{P}}{d t}+\overrightarrow{rot} \overrightarrow{M}) + \mu_0\epsilon_0\frac{d \overrightarrow{E}}{d t} (3)

Je peux essayer d'interpréter cette expression.
On a \overrightarrow{rot} \overrightarrow{M} c'est la densité volumique de courants d'aimantation. Facile c'est dans mon cours.
\sigma \overrightarrow{E}, qui est l'expression du vecteur densité de courant libre, c'est très certainement la loi d'Ohm locale. Je doute un peu car en prépa je l'ai toujours vue avec \gamma mais ça ne peut pas être autre chose (homogénéité) et en cherchant un peu à comprendre ce cours (avant de venir demander de l'aide) j'ai lu certaines personnes dire qu'il n'y avait pas de normes de nomenclature dans le domaine de l'électromagnétisme et que c'était souvent très mal expliqué.
\frac{d \overrightarrow{P}}{d t} Je n'ai aucune idée d'où il vient, et c'est aussi dans cette démonstration qu'on parle pour la première fois de polarisation (dans ce chapitre du moins.) [\overrightarrow{j_P}[/tex] et \overrightarrow{P} n'ont pas été mentionnés une seule fois dans plus haut dans le cours, tout comme le terme "polarisation". On parle seulement d'aimantation. Et c'est donc à partir de là que je coince.

J'ai voulu regarder le cours sur la POLARISATION diélectrique et raisonner par analogie car c'est très similaire.
Le vecteur polarisation \overrightarrow{P} = N * \overrightarrow{p} (avec N la densité volumique des systèmes caractérisant le matériau et \overrightarrow{p} le moment dipolaire électrique de ces systèmes) est utilisé dans le chapitre sur la polarisation diélectrique de la même manière que le vecteur aimantation \overrightarrow{M} = N * \overrightarrow{m} (avec N la densité volumique des systèmes caractérisant le matériau et \overrightarrow{m} le moment dipolaire magnétiques de ces systèmes) dans le chapitre sur l'aimantation magnétique.
Je me suis donc dit que dans l'expression 3, je devrait lire \overrightarrow{M} à la place de [\overrightarrow{P}[/tex], mais c'est sûrement faux car si notre professeur a utilisé 2 notations différentes ici, il doit y avoir une raison autre qu'une erreur de copié/collé. Pouvez-vous m'aider à comprendre ce point ? qui est \overrigtarrow{P} et qu'est-ce que la polarisation ici ?

Le reste de la démonstration relève d'un calcul basique qui mène à l'expression
\overrightarrow{rot} \overrightarrow{H} = \overrightarrow{j_{ext}} + \frac{\partial \overrightarrow{D}}{\partial t} (4)
avec \overrigtarrow{H} = \frac{\overrigtarrow{B}}{\mu_0}-{M} l'excitation magnétique et \overrigtarrow{D} = \epsilon_0 \overrigtarrow{E} + \overrigtarrow{P} qui n'est pas nommé mais qui s'appelle déplacement électrique dans le chapitre sur la polarisation électrique.

Posté par
gts2
re : Démonstration du vecteur excitation magnétique H 27-12-20 à 17:39

Bonjour,

Vous vous êtes répondu en partie à vous-même :
Les courants volumiques équivalents peut être dus à deux choses :
- des dipôles électriques \vec{p} variables, ce qui donne le \vec{j_P} et le \frac{d\vec{P}}{dt}
- des dipôles magnétiques \vec{m}, donc des boucle de courant, dont les courants se compensent sauf en cas d'inhomogénéité,  ce qui donne le \vec{j_M} et le \vec{rot}(\vec{M})

Quand à à la place de , c'est en effet juste un problème de notation.

Posté par
RoNoR
re : Démonstration du vecteur excitation magnétique H 27-12-20 à 17:55

Donc c'est un cas où le matériau est à la fois aimanté par un champ magnétique et polarisé par un champ électrique ?
Physiquement, c'est OK, mais d'un point de vue pédagogique, c'est pas ouf, dans un chapitre qui traite de l'aimantation, sans préciser qu'on observe les 2 phénomènes en même temps, et alors que que pour la polarisation électrique on avait complètement ignoré le magnétisme.
Bon, au moins j'ai compris, je peux poursuivre comme il faut. merci.



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