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Electromagnétisme

Total questions: 6

Worksheet time: 5mins

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1.

Qu'est-ce que le modèle de Drude ? Quel est son lien avec la loi d'Ohm locale ? Qu'est-ce qu'un conducteur parfait ?

a)

Il s'agit d'un modèle de déplacement des électrons dans un métal

b)

La conduction électrique est expliquée par le choc des électrons sur les ions du réseau

c)

la force résultante est une force de frottement visqueux de la forme

f=meτve\overrightarrow{f}=-\frac{m_e}{\tau}\overrightarrow{v}_e

d)

En appliquant le PFD puis en passant en régime stationnaire on détermine la loi d'Ohm locale j=γE\overrightarrow{j}=\gamma\overrightarrow{E} avec γ=ne2τme\gamma=\frac{ne^2\tau}{m_e}

e)

Un conducteur parfait a une conductivité infinie.

2.

Quelle est l'expression du vecteur de Poyting ? Que représente-t-il ? Quelle formule permet de calculer sa valeur moyenne en notation complexe ?

a)

Π=1μ0EB\overrightarrow{\Pi}=\frac{1}{\mu_0}\overrightarrow{E}\wedge\overrightarrow{B}

b)

Ce vecteur représente la puissance surfacique instantanée transportée par l'onde il s'exprime en W/m2

c)

<Π>=12μ0Re(EBx )<\overrightarrow{\Pi}>=\frac{1}{2\mu_0}Re\left(\overrightarrow{E}\wedge\overrightarrow{B}^x\ \right)

3.

Comment retrouve-t-on la formule de l'effet de peau δ=2μ0ωγ\delta=\sqrt[]{\frac{2}{\mu_0\omega\gamma}} ?

a)

Elle se trouve dans le cas de la traversée d'un métal par une onde plane.

b)

1) On part des équations de Maxwell en les simplifiant sachant que le métal est neutre localement donc ρ = 0, on néglige les courants de déplacement devant les courants de conduction.

c)

2) On établit l'équation de propagation qui aboutit à une équation de diffusion.

On l'écrit en complexe pour établir la relation de dispersion.

d)

3) On détermine le vecteur d'onde k et on trouve la grandeur δ qui est homogène à une longueur.

4.

Comment traite-t-on la propagation d'une onde électromagnétique dans un plasma ?

a)

1) Grâce au PFD on établit que les électrons vérifient une forme de loi d'Ohm complexe

j=ine2mωE\overrightarrow{j}=\frac{-ine^2}{m\omega}\overrightarrow{E}

b)

2) On écrit les équations de Maxwell. On montre que div(E)=0div\left(\overrightarrow{E}\right)=0 car l'onde est plane (et non pas par neutralité locale, elle n'est pas vérifiée dans un plasma)

On ne néglige pas les courants de déplacement ici !

c)

3) On calcule la relation de propagation qui fait apparaitre un terme de diffusion (équation de Klein-Gordon)

d)

4) On établit la relation de dispersion qui fait apparaitre une fréquence de coupure ωp en deçà de laquelle l'onde ne se propage pas dans le plasma.

e)

ωp=Ne2mϵ0\omega_p=\sqrt[]{\frac{Ne^2}{m\epsilon_0}}

5.

Quelle est le relation vectorielle reliant le champ électrique E\overrightarrow{E} et le champ magnétique B\overrightarrow{B} pour une onde plane monochromatique se propageant dans la direction de vecteur unitaire n\overrightarrow{n} ? Même question pour les vecteurs k, E et B\overrightarrow{k},\ \overrightarrow{E}\ et\ \overrightarrow{B}

a)

Les deux vecteurs sont orthogonaux

b)

B=nEc\overrightarrow{B}=\frac{\overrightarrow{n}\wedge\overrightarrow{E}}{c}

c)

B=kEω\overrightarrow{B}=\frac{\overrightarrow{k}\wedge\overrightarrow{E}}{\omega}

6.

Quelle est l'expression de la densité moyenne d'énergie électromagnétique uem ? Comment se démontre cette relation ?

a)

Elle est composée de la densité due au champ électrique et celle due au champ magnétique

b)

uem=12ϵ0E2+12μ0B2u_{em}=\frac{1}{2}\epsilon_0E^2+\frac{1}{2\mu_0}B^2

c)

Cette relation se démontre à partir des équation de Maxwell où on peut faire apparaitre uem, le vecteur de Poynting et le terme source j.E\overrightarrow{j}.\overrightarrow{E}