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Electromagnétisme : faisceau de particules

Posté par
iSirrol
03-12-15 à 23:03

Bonjour

un classique:
j'ai un faisceau (cylindre de rayon a et d'axe Oz) de particule homogène de particules de charge individuelle q qui se déplace à la vitesse \vec{v}=v\vec{e_z} la densité particulaire est n

j'ai déterminé \rho=nq et \vec{j}=nq\vec{v}

pour un point M (OM=r>a) à l'extérieur du cylindre j'ai déterminé
\vec{E}=\dfrac{q}{2\pi\epsilon_0ha}\vec{e_r} et  \vec{B}=\dfrac{\mu_0nqva^2}{2r}\vec{e_\theta} avec h la hauteur du cylindre de la surface de Gauss

ma question porte sur la suite:
j'ai un nouveau référentiel \mathcal{R}^* en translation à la vitesse \vec{v} par rapport à \mathcal{R}

j'ai "établit" que \rho^*=nq et \vec{j}^*=\vec{0}

maintenant comment déterminer les champs \vec{E}^* et \vec{B}^* dans \mathcal{R}^*

***Edit gbm ;
- titre changé pour plus de clarté ;
- niveau mis en accord avec ton profil, merci de faire de même la prochaine fois***

Posté par
vanoise
re : electromagnétisme 03-12-15 à 23:41

Bonsoir,
Je suis d'accord avec ton expression du vecteur champ d'induction magnétique mais tu as commis une erreur sur le vecteur champ électrique : sa norme doit être proportionnelle à n et ne doit pas dépendre de h puisque le cylindre est supposé infiniment long (tu ne l'as pas dit mais ton expression de B n'est valide que dans ce cas...)
Pour la suite, tu pourras t'inspirer du paragraphe A  du chapitre 4 page 163 de la référence :

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 04-12-15 à 20:16

Electromagnétisme : faisceau de particules j?appelle h la hauteur de ma surface de Gauss

\int\!\!\!\!\!\!\subset \!\!\!\supset\!\!\!\!\!\!\int_\Sigma \vec E\cdot\vec n\mathrm dS
=\int\!\!\!\!\!\!\subset \!\!\!\supset\!\!\!\!\!\!\!\!\!\int_{\Sigma _{lat}} E(r)\vec {e_r}\cdot\vec {e_r}\mathrm dS
=E(r)\int\!\!\!\!\!\!\subset \!\!\!\supset\!\!\!\!\!\!\!\!\!\int_{\Sigma _{lat}}dS
=E(r)2\pi rh

et après c'est la que je ne sais plus comment procédé pour obtenir Q_{int} pour appliquer le théorème de Gauss

***Image recadrée***

Posté par
vanoise
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 04-12-15 à 20:30

Bonsoir,
l'expression du flux que tu viens d'obtenir, s'écrit, selon le théorème de Gauss :
\Phi=\frac{Q_{int}}{\varepsilon_{0}}
La charge située dans le volume délimitée par la surface de Gauss est celle contenue dans le cylindre de rayon a et de hauteur h :
Q_{int}=\rho\pi a^{2}h=qn\pi a^{2}h
\Phi=\frac{qn\pi a^{2}h}{\varepsilon_{0}}
Je te laisse finir...

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 04-12-15 à 20:37

d'accord c'est ce qu'il me semblait
je ne savais pas bien quelle surface il fallait choisir, il s'agit du cylindre chargé à l'intérieur du grand cylindre
merci

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 17:07

vanoise @ 03-12-2015 à 23:41


Pour la suite, tu pourras t'inspirer du paragraphe A  du chapitre 4 page 163 de la référence :


ces pages là ne sont pas consultables sans avoir acheté le bouquin du coup donne moi simplement la façon de faire pour déterminer  les champs \vec{E}^* et \vec{B}^* dans \mathcal{R}^*

sachant que je pense devoir trouver des résultats qui ne sont pas en accord avec les changement de référentiel dans la mécanique newtonienne à savoir:
\left\lbrace\begin{array}1 \vec{E}^*=\vec{E}+\vec{V}\wedge\vec{B} \\\vec{B}^*=\vec{B}\end{array}
mais conforme à ceux d'Einstein
\left\lbrace\begin{array}1 \vec{E}^*=\vec{E}+\vec{V}\wedge\vec{B} \\\vec{B}^*=\vec{B}-\frac{1}{c^2}\wedge\vec{E}\end{array}

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 17:09

\left\lbrace\begin{array}1 \vec{E}^*=\vec{E}+\vec{V}\wedge\vec{B} \\\vec{B}^*=\vec{B}-\frac{1}{c^2}\vec{V}\wedge\vec{E}\end{array}

Posté par
vanoise
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 17:26

Bonsoir,
OK pour E* ; comment obtiens-tu B* ?

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 17:28

je n'ai obtenu ni l'un ni l'autre je ne sais pas comment procédé ...
ce n'est pas les techniques normales à savoir théoreme de Gauss et d'Ampere ?

Posté par
vanoise
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 17:45

A ma connaissance, il y a deux méthodes :
en théorie classique : utiliser la méthode décrite dans le Bréal cité en référence : imaginer une particule de charge qo se déplaçant à la vitesse vo par rapport à la source. Ecrire que cette particule est soumise à la même force électromagnétique de Lorentz dans le repère R et dans le repère R*.
la théorie relativiste raisonne sur l'écriture des équations de Maxwell dans les deux repères. Cela n'est certainement pas à ton programme.
P.S. : force de Lorentz généralisée :
$\begin{cases}
 \\ \text{Force de Lorentz :} & \overrightarrow{F}=q_{0}\left(\overrightarrow{E}+\overrightarrow{v_{0}}\wedge\overrightarrow{B}\right)\end{cases}$

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 17:53

Si, justement les équation de Maxwell et le changement de référentiel par conservation de la force de Lorentz est au programme et donnent
\left\lbrace\begin{array}1 \vec{E}^*=\vec{E}+\vec{V}\wedge\vec{B} \\\vec{B}^*=\vec{B}\end{array}    (1)
mais on sait aussi que pour des vitesses proches de la lumière ce modèle ne convient plus et on utilise :
\left\lbrace\begin{array}1 \vec{E}^*=\vec{E}+\vec{V}\wedge\vec{B} \\\vec{B}^*=\vec{B}-\frac{1}{c^2}\vec{V}\wedge\vec{E}\end{array}   (2)

ces deux résultats me sont donnés pour répondre à la question. Mais je me demande simplement si il y a une manière "à la main" de déterminer ces deux champs sans utiliser de formule pour montrer si l'on se trouve dans l'un des cas (1) ou (2)

ce qui n'est pas au programme par contre c'est la loi de Biot et Savart, tout l'objet de l'exercice que je fais est de comprendre le fonctionnement de cette loi sans vraiment l'utiliser..

Posté par
vanoise
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 18:34

Pour le cas 1 :
\begin{cases}
 \\ \text{composition des vitesses :} & \overrightarrow{V_{0}}=\overrightarrow{V*}+\overrightarrow{V}\\
 \\ \text{force de Lorentz identique dans les deux repères R et R*} & \overrightarrow{E}+\overrightarrow{V_{0}}\wedge\overrightarrow{B}=\overrightarrow{E*}+\overrightarrow{V*}\wedge\overrightarrow{B*}\\
 \\ \text{Soit :} & \overrightarrow{E}+\left(\overrightarrow{V*}+\overrightarrow{V}\right)\wedge\overrightarrow{B}=\overrightarrow{E*}+\overrightarrow{V*}\wedge\overrightarrow{B*}\\
 \\ \text{égalité valide quel que soit \ensuremath{\overrightarrow{V*}}}\\
 \\ \overrightarrow{E}+\overrightarrow{V}\wedge\overrightarrow{B}=\overrightarrow{E*} & \overrightarrow{B}=\overrightarrow{B*}
 \\ \end{cases}
Pour la méthode 2) je ne vois rien de simplement intuitif...

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 18:46

ok merci,

j'ai encore un soucis:


J'ai spire circulaire dont l'axe contient un point M tel que |z|\gg R, on me dit qu'elle peut être vu comme un dipôle.
** image supprimée **
Je dois vérifer que le champ en M est cohérent avec le modèle du dipôle à savoir  \vec{B}=\dfrac{\mu_0\mathcal{M}}{4r^3}(2\cos (\theta)\vec{e_r}+\sin (\theta)\vec{e_\theta})
avec \mathcal{M}=\frac{1}{2}\oint_\mathcal{C} \vec r\wedge I \mathrm d\vec\ell

J'ai dit que les plans (M,\vec {e_r},\vec {e_z}) et (M,\vec {e_\theta},\vec {e_z}) étaient des plans d'antisymétrie pour \vec j donc de \vec B colinéaire à \vec {e_z}
mais pour le reste je ne vois pas

les invariances par rotations (et translation) le long de (autour de) Oz
donnent \vec B=B(r)\vec {e_z} comme r=0 on a : \vec B=B(0)\vec {e_z} je n'obtiens donc pas le dipôle

Posté par
vanoise
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 19:43

Revois comment sont définis r, et les vecteurs unitaires er et e dans le cours conduisant à l'expression  de B du dipôle.
Il est probable que désigne l'angle entre (Oz) et (OM) de sorte que le cas particulier où M est sur l'axe (Oz) corresponde au cas =0 et er confondu avec ez.

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 19:49

tu as raison, pour établir cette expression on a fait l'analogie avec ce qui avait été démontré pour le dipole electrostatique et où on c'était placé dans les coordonnées sphériques.
mais dans notre cas les coordonnées sphériques ne sont pas recommandées car on est sur un axe

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 20:21

ma question est donc comment établir la forme du champ magnétique d'un dipôle dans les coordonnées cylindriques pour pouvoir comparer.

Posté par
vanoise
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 21:12

Citation :
ma question est donc comment établir la forme du champ magnétique d'un dipôle dans les coordonnées cylindriques pour pouvoir comparer.

Je saurais répondre très facilement à ta question en utilisant la loi de Biot et Savart. Sinon...?
J'avoue ne pas très bien "sentir" l'esprit de ce nouveau programme et surtout le but de cet exercice : supprimer la loi de Biot et Savart et privilégier le théorème d'Ampère, c'est exactement comme supprimer en électrostatique la loi de Coulomb et tout vouloir démontrer à partir du théorème de Gauss...

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 22:03

mon prof a exactement la même mentalité que toi à ce sujet

mais bref nous on est étudiant on subit on n'a pas notre mot à dire et il faut réussir le concours avec le programme qu'on nous donne BREF

la loi de Biot et Savart me donne : dans le cas où |z|\gg R,
\vec{B}=\dfrac{\mu_0R^2i}{2z^3}\vec{e_z}
mais ce n'est pas la question cette loi de Biot et Savart me donne le résultat du cercle chargé, moi ce que je cherche à démontrer c'est que cette expression du cercle chargé correspond à un dipôle ...

Posté par
vanoise
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 23:36

Voici je crois le "maillon manquant" à ton raisonnement.
Reprends ta définition du vecteur moment magnétique d'un circuit filiforme fermé .
Remarque ensuite que le produit vectoriel :
\frac{1}{2}\overrightarrow{OM}\wedge\overrightarrow{dl}=\overrightarrow{dS}
représente l'aire du circuit balayée par le vecteur OM lorsque M se déplace de dl dans le sens du courant le long de la spire (voir cours de math).
Dans le cas simple d'un circuit filiforme fermé et plan, le vecteur moment magnétique du circuit est simplement :
\overrightarrow{M}=I\cdot\overrightarrow{S}
où le vecteur surface est perpendiculaire au plan de la spire, orienté en fonction du sens du courant selon la règle du tire-bouchon de Maxwell, sa norme étant l'aire de la surface délimitée par la spire.
Dans le cas d'une spire de rayon R orientée conformément à ton schéma :
\overrightarrow{M}=I\cdot\pi\cdot R^{2}\cdot\overrightarrow{e_{z}}
Tu est sûrement capable de terminer...
L'exportation de mon schéma au format jpeg décale légèrement la spire par rapport au reste du schéma ; cela ne devrait pas trop te gêner...

Electromagnétisme : faisceau de particules

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 23:42

vanoise @ 06-12-2015 à 23:36


L'exportation de mon schéma au format jpeg décale légèrement la spire par rapport au reste du schéma ; cela ne devrait pas trop te gêner...


et dire que ca aurait pu etre parfait

Posté par
iSirrol
re : Electromagnétisme : faisceau de particules 06-12-15 à 23:44

Merci d'avoir pris le temps de faire ca proprement
je regarde tout ca à tete reposé
bonne soirée



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