Physique II - Electricité [SPHYB113]

Learning outcomes

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

Objectives

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

Content

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 de vidéos pré-enregistrées et/ou d'expériences réalisées en direct ou encore établis à partir de démonstrations simples et directes faites devant et avec 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 of contents

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) 

 

 

2. 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

Exercises description

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 SPHYB113 et de SPHYB114.