Cours 2020-2021

Physique II - Electricité [SPHYB113]

  • 3 crédits
  • 25h+11h
  • 2e quadrimestre
Langue d'enseignement: Français
Enseignant: DHYNE Miguël

Acquis d'apprentissage

Essayer de comprendre l'univers qui nous entoure, pouvoir expliquer les phénomènes de la vie de tous les jours... Basée sur des observations, des expérimentations et la réflexion, la physique recherche une explication simple, mais aussi complète que possible, pour aboutir à la formulation de lois ou principes. L'acquisition de cette démarche, appelée le raisonnement scientifique, est une école de logique, une démarche rigoureuse...Le cours met donc l'accent sur la compréhension et la réflexion.  

Au terme de cette unité d’enseignement, l’étudiant sera capable de :

  • S’exprimer par écrit en termes scientifiques corrects ;
  • Utiliser adéquatement les formules, les lois et les principes de l’optique en vue d’analyser et d’interpréter une situation de la vie quotidienne et/ou professionnelle ;
  • Manipuler adéquatement des ordres de grandeurs et des unités ;
  • Expliquer et interpréter des phénomènes naturels/quotidiens avec des notions en sciences physiques ;
  • Développer un esprit critique scientifique et établir un raisonnement scientifique face à un problème posé

Objectifs

Le premier objectif est d'assurer un bon niveau de connaissances de base en physique, en lien avec les sciences de la vie et les phénomènes de la vie courante. Il est important d'exercer l'étudiant à observer des phénomènes physiques ainsi qu'aux réflexion, raisonnement et rigueur qui leur sont liés. Ce cours a aussi pour objectif la compréhension des applications aux sciences biologiques, géographiques, géologiques et vétérinaires, basées sur des phénomènes physiques parfois simples mais le plus souvent très complexes.

Au terme de cet enseignement, l’étudiant(e) sera capable de :

  • S’inscrire dans une démarche de formation et de réflexion permanentes
  • Développer une approche responsable, critique et réflexive des pratiques professionnelles ;
  • Structurer sa pensée, s'exprimer clairement par écrit et oralement en utilisant un vocabulaire précis et adapté et être capable d'argumenter ses propos ;
  • Exploiter les techniques et les outils appropriés pour l'étude et la compréhension de phénomènes observables
  • Associer à sa démarche systémique un raisonnement et un esprit critique scientifiques

Contenu

Cette unité d'enseignement est un exposé introductif de grands chapitres de l'électricité: électrostatique, électrocinétique, électromagnétisme.

Dans le cours de l'exposé oral et dans la mesure du possible, les concepts nouveaux sont introduits à partir d'expériences réalisées en direct ou visionnée en vidéo ou encore établis à partir de démonstrations simples et directes faites devant les étudiants. L'exposé des lois fondamentales s'ensuit, l'accent étant mis sur la démarche habituelle du physicien : description, analyse et généralisation du phénomène. La signification pratique et esthétique des lois est illustrée par l'étude de nombreuses applications empruntées soit aux sciences du vivant, soit à des domaines d'intérêt général. Au cours théoriques sont associés des travaux pratiques ainsi que des travaux dirigés. Cette unité d'enseignement de physique donnant les bases en électricité, et insiste sur les concepts en lien avec les sciences de la vie.

Table des matières

  1. Électrostatique  

Charges électriques et loi de Coulomb  

Charges électriques         

Électrisation par frottement         

Électrisation par induction

Électroscope à feuilles     

Loi de Coulomb      

Champ électrique   

Les lignes de champ électrique   

Ampoules de Lorenzini     

Poissons électriques        

Champ électrique et conducteur 

Théorème de Gauss        

Champ électrique créé par un fil parcouru par un courant    

Champ électrique créé par une feuille plane infinie et chargée         

Champ électrique créé entre deux feuilles planes infinies et électriquement opposées 

Potentiel électrique

Différence de potentiel électrique (tension)      

Électroencéphalographie (EEG) 

 

 

  1. Électrocinétique

Courant et résistance       

Courant continu et courant alternatif     

Générateur électrique

Champ électrique et vitesse de migration (courant continu) 

Résistivité et loi de Pouillet         

Loi d’Ohm    

Conducteur et isolant       

Conducteur  

Isolant         

Semi-conducteur    

Supraconducteur    

Effet Joule   

Condensateur et diélectrique      

Condensateur plan

Diélectrique  

Circuit à courant continu   

Groupement de résistances placées en série  

Groupement de résistances placées en parallèle       

Groupement de condensateurs placés en série         

Groupement de condensateurs placés en parallèle   

Circuit contenant une résistance 

Circuit contenant une résistance et un condensateur (circuit RC)         

Temps caractéristique d’un condensateur       

Applications à l’électrophysiologie         

Défibrillateur

Fibre nerveuse (au repos)

Modèle électrique de la fibre nerveuse  

Réponse à un stimulus     

Importance de la myéline 

Courant alternatif

Générateur de courant/tension alternatif/ve     

Intensité efficace    

Redresseur à une alternance      

Redresseur à double alternance 

Transport de l’énergie électrique 

Dangers et protection       

Instruments de mesure    

Risques       

Protection    

 

  1. Électromagnétisme     

Champ magnétique

Notre planète, ce gros aimant     

Navigation magnétique des animaux    

Substances magnétiques 

Champ magnétique et induction électromagnétique   

Création d'un champ d'induction magnétique à partir d'un courant        

Train à sustentation magnétique 

Création d'un courant par un champ magnétique (induction électromagnétique)

Générateur électrique       

Transformateur      

Chargeur sans fil   

Effet d'un champ d'induction magnétique sur une charge en mouvement  

Effet d'un champ d'induction magnétique sur un conducteur parcouru par un courant   

Mouvement des particules chargées dans les champs magnétiques

Le mouvement circulaire  

Le mouvement hélicoïdal

Applications diverses       

Moteur électrique   

Dynamo et alternateur      

Cyclotron     

Pic de Bragg

Courants de Foucault       

Champ magnétique variable       

Déplacement d’un matériau conducteur devant un champ magnétique constant        

Quelques applications des courants de Foucault       

Débitmètre électromagnétique    

Imagerie par résonance magnétique (IRM ou RMN)  

Moment magnétique du noyau atomique

Champ magnétique extérieur

La résonance         

La relaxation

Sonder le corps humain   

Télécommunication

Description des exercices

Séances d’exercices organisées en TD par un assistant en petits groupes (20 à 27 étudiant par groupe).

10 heures de séances d'exercices (TD) et de travaux pratiques sont liées à cette unité d'enseignement. Ces séances font partie d'un ensemble de TD et TP associés aux unités d'enseignement de Physique I et de Physique III.

 


Méthodes d'enseignement

Les modalités d'enseignement et d'évaluation des unités d'enseignement ont été rédigées en fonction de la situation à la rentrée académique 2020-2021. Cependant, ces modalités pourraient faire l'objet de modifications en fonction de l'évolution de la crise sanitaire liée à la covid-19. Les étudiants seront informés de toute modification de la situation générale (passage à l'enseignement à distance partiel ou complet) par les autorités de l'UNamur tandis que les modifications propres à chaque unité d'enseignement leur seront communiquées par les enseignants, via webcampus

La partie théorique de l'unité d'enseignement sera donnée sous forme de cours magistral au tableau ou par diaporama (y compris les schémas et démonstrations) ou encore par vidéo en cas d’enseignement à distance.

L'étudiant(e) est invité(e) à poser toutes ses questions au professeur via le forum mis en place sur WebCampus ou à la fin du cours.

Les exercices seront encadrés par un enseignant, c'est-à-dire que les étudiants résoudront eux-mêmes activement les problèmes avec l'aide de l'enseignant.

Le cours est donné au tableau ou tableau interactif  (y compris les schémas et démonstrations) ou encore par vidéo en cas d’enseignement à distance. Pendant les cours, de nombreuses expériences sont réalisées en direct. Ces expériences visent à observer un nouveau phénomène et à le faire comprendre, ou illustrent les applications. Des supports multimédia (Powerpoint, films DVD, ...) sont également utilisés pour expliciter les applications (endoscopie ...).

L'étudiant est invité à poser toutes ses questions au professeur via le forum (disponible sur la plateforme WebCampus) ou à la fin du cours.

Mode d'évaluation

Les modalités d'enseignement et d'évaluation des unités d'enseignement ont été rédigées en fonction de la situation à la rentrée académique 2020-2021. Cependant, ces modalités pourraient faire l'objet de modifications en fonction de l'évolution de la crise sanitaire liée à la covid-19. Les étudiants seront informés de toute modification de la situation générale (passage à l'enseignement à distance partiel ou complet) par les autorités de l'UNamur tandis que les modifications propres à chaque unité d'enseignement leur seront communiquées par les enseignants, via webcampus

Cette unité d'enseignement comprenant trois parties distinctes mais complémentaires, l’évaluation comprendra un examen sur le cours théorique, incluant des exercices (évaluation des travaux dirigés) et une évaluation continue sur les travaux pratiques.

Les travaux pratiques (TP) sont évalués de manière continue par les assistants/enseignants. Les TP sont obligatoires. En cas de maladie ou d’absence exceptionnelle à justifier auprès du secrétariat de la faculté, l'étudiant doit contacter l'assistant dès son retour à l'Université afin d'organiser une séance de récupération. Considérant que les TP font l'objet d'une évaluation continue, la note obtenue en cours d'année sera reportée sur les différentes sessions, le cas échéant. La note de TP ainsi obtenue est intégrée, ensuite, à la note de cours où elle intervient pour environ 15% de la note globale.

L'évaluation sur les travaux dirigés (TD) se déroule durant les sessions de juin  et d’août, en même temps que les examens sur le cours théorique. L'examen écrit de TD demande de solutionner des exercices inspirés de ceux réalisés pendant l'année en séances TD. La note de TD ainsi obtenue est intégrée, ensuite, à la note de cours où elle intervient pour environ 20% de la note globale.

Les critères d'appréciation sont, essentiellement, la compréhension et la réflexion logique: à partir d'hypothèse(s) claire(s) et/ou de définitions précises, exprimer, parfois avec un minimum de développement mathématique, la perception 'physique' d'un problème ; on peut également demander d’expliquer une application. Une réponse nécessite souvent la présentation d'un schéma ou d'un graphe clair et convenablement dessiné. Le 'par coeur' est proscrit; quelques ordres de grandeur numérique sont à retenir.

L'examen aura une durée de deux heures et se déroulera en ligne ou en présentiel. L'examen sur le cours théorique et les TD est écrit en juin et août.

Les consignes précises seront communiquées en temps utile et certaines modifications aux présentes modalités d’évaluation pourront être apportées en fonction de l’évolution de la crise sanitaire.

 

Sources, références et supports éventuels

L'ouvrage de référence est le syllabus vendu au Service Reprographie de l'UNamur et disponible pour les étudiants inscrits à cette unité d'enseignement, en ligne et gratuitement, sur WebCampus.  Ce syllabus n'est pas obligatoire.

Les étudiants curieux iront également consulter : 

- Physique II – Électricité et Magnétisme, Harris Benson, De Boeck, ISBN 9782804193805

- Physique, Eugène Hecht, De Boeck,  ISBN 978-2744500183

- Physique, Joseph Kane et Morton Sternheim, Dunod, ISBN 2100071696

- Physique 3 – énergie Électricité, Paul Avanzi et al., lep, ISBN 9782606012724

Langue d'enseignement

Français

Lieu de l'activité

NAMUR

Faculté organisatrice

Faculté des sciences
Rue de Bruxelles, 61
5000 NAMUR

Cycle

Etudes de 1er cycle