|
École de technologie supérieure
|
Responsable(s) de cours :
|
Olivier Landon-Cardinal, Marc Boulé
|
PLAN DE COURS
Automne 2020
PHY332 : Électricité et magnétisme (4 crédits)
Modalités de la session d’automne 2020
Pour assurer la tenue de la session d’automne 2020, les modalités suivantes seront appliquées :
La plupart des cours de la session d'automne seront donnés à distance. Les autres seront donnés en présence. Cette information vous a déjà été communiquée.
L’étudiant inscrit à un cours à distance doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus.
Les cours à distance pourraient être enregistrés, à la discrétion de l’ÉTS. Le cas échéant, les enregistrements de cours pourraient notamment être rendus accessibles aux étudiants par le biais notamment du portail de l’ÉTS.
La notation des cours sera la notation régulière prévue aux règlements des études de l'ÉTS.
Pour les cours à distance, les examens (intra, finaux) se feront normalement à distance. Leur surveillance se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG) afin d’assurer la validité des évaluations.
Le contexte actuel oblige bien sûr l’ÉTS à envisager la possibilité d’une deuxième vague de la pandémie de COVID-19, laquelle pourrait entraîner, après le début de la session d’automne 2020, un resserrement des directives et recommandations gouvernementales. Nous vous assurons que l’ÉTS se conformera aux règles en vigueur afin de préserver la santé publique et que, si requis, elle pourrait aller jusqu’à interdire l’accès physique au campus universitaire et ordonner la dispense en ligne de toutes les activités d’enseignement et d’évaluation pour la durée restante de la session d’automne 2020.
Des exigences additionnelles pourraient être spécifiées par l’ÉTS ou votre département, suivant les particularités propres à votre programme.
Si vous ne consentez pas aux modalités décrites précédemment, vous devez vous désinscrire de vos cours avant le 13 septembre et vous pourrez être remboursé.
Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous devez vous désinscrire avant le 25 septembre et vous pourrez être remboursé.
En demeurant inscrit, vous acceptez les modalités particulières de la session d'automne 2020.
Préalables
Programme(s) : 7622, 7625, 7921 | | | | | | | | | Profils(s) : Tous profils | | | | | | | | | | | CTN248 | | | | | | | | | | | | Programme(s) : 7065, 7070, 7084, 7086, 7365, 7485, 7610, 7885 | | | | | | | | | Profils(s) : Tous profils | | | | | | | | | | | ING150 | | | | | | | | | | |
|
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8
|
Qualités de l'ingénieur
|
Qualité visée dans ce cours |
|
|
|
Qualité visée dans un autre cours |
|
|
|
Indicateur enseigné |
|
|
Indicateur évalué |
|
|
Indicateur enseigné et évalué |
Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiante ou l’étudiant aura acquis les connaissances élémentaires en matière d’électricité et de magnétisme de façon à pouvoir analyser et interpréter les phénomènes connexes qui y sont reliés.
L'électrostatique et ses lois : charge électrique, champ, loi de Coulomb, potentiel électrique. Fondement de la théorie de l'électrostatique : polarisation, dipôle, loi de Gauss. Énergie électrostatique : charges ponctuelles, charges distribuées, conducteurs, capacité, couple moteur. Circuits en courant continu : lois d'Ohm et de Kirchhoff. Magnétisme des courants continus, force magnétique, champ perpendiculaire, loi de Biot-Savart. Fondement de la théorie du magnétisme de la matière. Loi de Faraday, inductance, énergie magnétique.
Séances de laboratoire et exercices reliés à des applications en ingénierie.
Précision sur les préalables : le cours PHY332 ne requiert qu'un seul préalable (CTN248 ou ING150), soit plus précisément :
• ING150 Statique et dynamique (4 cr.) sauf pour les étudiants au baccalauréat en génie mécanique;
ou
• CTN248 Statique et dynamique (3 cr.) pour les étudiants au baccalauréat en génie de la construction.
Objectifs du cours
Le cours a pour but de fournir à l’étudiant certaines connaissances fondamentales de physique jugées nécessaires à une formation technologique avancée. Plus spécifiquement, ce cours a comme objectif de familiariser l’étudiant avec les concepts de base de l’étude de certains phénomènes électriques et magnétiques, de l’analyse des circuits ainsi que les techniques mathématiques associées au traitement de ces matières de manière à rendre l’étudiant apte à comprendre les applications technologiques de l’électricité et du magnétisme.
Stratégies pédagogiques
Le cours comporte deux périodes : le cours magistral de trois heures et demie pour la présentation de la théorie et une période de travaux pratiques pour permettre aux étudiants de faire les exercices reliés au cours sous la supervision du professeur ou du chargé de travaux pratiques, selon le cas.
Des expériences seront présentées en démonstration en classe. De plus, certaines simulations (laboratoire virtuel sur site web) seront également présentées en classe ou disponibles sur le site web du cours. Les étudiants seront invités à réaliser des expériences de laboratoires au cours de la session pour compléter leur apprentissage.
Les outils de calculs comme la calculatrice programmable (TI nSpire) et les logiciels de calculs symboliques comme Maple, Derive ou Matlab serviront pour le traitement numérique et/ou graphique de certains exercices ou pour la rédaction des rapports de laboratoires ou des devoirs, selon les directives des enseignants
Utilisation d’appareils électroniques
S.O.
Horaire
Groupe | Jour | Heure | Activité |
01 | Lundi | 09:00 - 12:00 | Travaux pratiques |
| Mercredi | 09:00 - 12:30 | Activité de cours |
02 | Lundi | 13:30 - 16:30 | Travaux pratiques |
| Jeudi | 13:30 - 17:00 | Activité de cours |
03 | Mercredi | 13:30 - 16:30 | Travaux pratiques |
| Jeudi | 09:00 - 12:30 | Activité de cours |
04 | Mardi | 13:30 - 16:30 | Travaux pratiques |
| Vendredi | 09:00 - 12:30 | Activité de cours |
05 | Mardi | 09:00 - 12:00 | Travaux pratiques |
| Vendredi | 13:30 - 17:00 | Activité de cours |
06 | Mercredi | 18:00 - 21:00 | Travaux pratiques |
| Jeudi | 18:00 - 21:30 | Activité de cours |
07 | Samedi | 09:00 - 12:30 | Activité de cours |
| Samedi | 13:30 - 16:30 | Travaux pratiques |
08 | Lundi | 09:00 - 12:30 | Activité de cours |
| Mercredi | 09:00 - 12:00 | Travaux pratiques |
09 | Mercredi | 18:00 - 21:30 | Activité de cours |
| Jeudi | 18:00 - 21:00 | Travaux pratiques |
Coordonnées de l’enseignant
Cours
Durée |
Matière et référence |
Page |
Bloc I (18 heures) |
2 heures |
Chapitre 1 |
Électrostatique |
2 |
|
1.1 |
La charge électrique |
5 |
|
1.2 |
Conducteurs et isolants |
10 |
|
1.3 |
Le phénomène de charge par induction |
12 |
|
1.4 |
L’électroscope à feuilles (à lire) |
13 |
|
1.5 |
La loi de Coulomb |
14 |
4 ½ heures |
Chapitre 2 |
Le champ électrique |
32 |
|
2.1 |
Le champ électrique |
34 |
|
2.2 |
Les lignes de champ |
40 |
|
2.3 |
Le champ électrique et les conducteurs |
44 |
|
2.4 |
Les charges en mouvement dans un champ électrique uniforme |
48 |
|
2.5 |
Les distributions de charges continues |
57 |
|
2.6 |
Les dipôles |
68 |
|
2.8 |
L’expérience de la goutte d’huile de Millikan (à lire) |
76 |
4 heures |
Chapitre 3 |
Le théorème de Gauss |
90 |
|
3.1 |
Le flux électrique |
92 |
|
3.2 |
La démonstration du théorème de Gauss |
95 |
|
3.3 |
La symétrie |
100 |
|
3.4 |
L’utilisation du théorème de Gauss |
103 |
|
3.5 |
Le théorème de Gauss et les conducteurs |
108 |
4 ½ heures |
Chapitre 4 |
Potentiel électrique |
122 |
|
4.1 |
Le potentiel électrique |
124 |
|
4.2 |
La relation entre le potentiel et l’énergie et le travail |
129 |
|
4.3 |
La relation entre le potentiel et le champ électrique |
135 |
|
4.4 |
Le potentiel et l’énergie potentielle dans le champ d'une charge ponctuelle |
143 |
|
4.5 |
L'addition du potentiel (distributions de charges ponctuelles) |
147 |
|
4.6 |
L'addition du potentiel (distributions de charges continues) |
152 |
|
4.7 |
Le potentiel d'un conducteur |
155 |
3 heures |
|
Examen sur le bloc 1 |
|
Bloc II (9 heures) |
3 heures |
Chapitre 5 |
Condensateurs et diélectriques |
174 |
|
5.1 |
La capacité |
176 |
|
5.2 |
Les associations de condensateurs en série et en parallèle |
182 |
|
5.3 |
L’énergie emmagasinée dans un condensateur |
186 |
|
5.4 |
La densité d’énergie du champ électrique |
188 |
|
5.5 |
Les diélectriques |
190 |
|
5.6 |
La description atomique des diélectriques |
192 |
2 heures |
Chapitre 6 |
Courant et résistance |
208 |
|
6.1 |
Le courant électrique |
210 |
|
6.2 |
La vitesse de dérive et la densité de courant |
218 |
|
6.3 |
La résistance |
219 |
|
6.4 |
La loi d’Ohm |
223 |
|
6.5 |
Une explication microscopique de la loi d'Ohm (à lire) |
228 |
|
6.6 |
La puissance électrique |
229 |
4 heures |
Chapitre 7 |
Les circuits à courant continu |
244 |
|
7.1 |
La force électromotrice |
246 |
|
7.2 |
Les résistances en série et en parallèle |
251 |
|
7.3 |
Les instruments de mesure |
260 |
|
7.4 |
Les lois de Kirchhoff |
267 |
|
7.5 |
Les circuits RC |
275 |
Bloc III (12 heures) |
4 heures |
Chapitre 8 |
Le champ magnétique |
306 |
|
8.1 |
Le champ magnétique |
308 |
|
8.2 |
La force magnétique sur une particule chargée |
312 |
|
8.3 |
La force sur un conducteur parcouru par un courant |
315 |
|
8.4 |
Le moment de force sur une boucle de courant |
319 |
|
8.5 |
Lemouvement d'une particule chargée dans un champ magnétique |
326 |
|
8.6 |
La combinaison des champs électrique et magnétique |
330 |
|
8.7 à 8.9 |
Le cyclotron, l’effet Hall et La découverte de l’électron (à lire) |
335 |
3 heures |
Chapitre 9 |
Les sources de champ magnétique |
354 |
|
9.1 |
Le champ créé par un long fil conducteur rectiligne |
356 |
|
9.2 |
La force magnétique entre des fils conducteurs parallèles |
358 |
|
9.3 |
La loi de Biot-Savart |
361 |
|
9.4 |
Le théorème d’Ampère |
377 |
3 heures |
Chapitre 10 |
L’induction électromagnétique |
406 |
|
10.1 |
L’induction électromagnétique |
408 |
|
10.2 |
Le flux magnétique |
411 |
|
10.3 |
La loi de Faraday et la loi de Lenz |
413 |
|
10.4 |
Les générateurs |
426 |
|
10.5 et 10.6 |
Les orignes de la f.é.m indute et les champs électriques induits (à lire) |
429 |
|
10.7 |
La f.é.m. induite dans un conducteur en mouvement |
432 |
|
10.8 |
Les courants de Foucault (à lire) |
439 |
2 heures |
Chapitre 11 |
L’inductance |
454 |
|
11.1 |
L’auto-induction |
456 |
|
11.2 et 11.3 |
L’inductance Les circuits RL |
457 |
|
11.4 |
L’énergie emmagasinée dans une bobine d’induction |
464 |
Total : 39 heures
Laboratoires et travaux pratiques
Un total de 36 heures de travaux pratiques sont associées à ce cours.
Les laboratoires doivent être effectués en équipes d'au maximum 3 personnes et se déroulent à l'extérieur des périodes inscrites à l'horaire pour le cours ou les travaux pratiques. L'étudiante ou l'étudiant doit prévoir une certaine disponibilité pour ces travaux d'équipe obligatoires qui ont lieu durant la session (environ 2 rencontres).
Utilisation d'outils d'ingénierie
Le logiciel FEMM* peut être utilisé pour illustrer divers thèmes du cours et/ou dans le cadre de certains laboratoires.
* Finite Element Method Magnetics, David Meeker, www.femm.info
Évaluation
Devoir(s) individuel(s) et/ou examen(s) sur le bloc 1 |
30% |
Mini test(s) et/ou devoir(s) et/ou exercices notés |
20% |
Rapports de laboratoire sur le bloc 2 |
20% (2 labos virtuels) |
Examen final* sur le bloc 3 |
30% |
Toute documentation est permise lors des examens.
* L'examen final à distance sera entièrement sous Moodle, avec choix de réponses et/ou valeurs numériques à fournir. Aucune démarche ne sera évaluée. En guise de préparation, un examen de pratique Moodle sera disponible dans le site général de PHY332.
Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux
Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.
Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).
Documentation obligatoire
BENSON, H. Physique II : Électricité et magnétisme, traduit par D. Amrouni., Pearson-ERPI, 5e édition, 2015. Une copie physique ou un accès en ligne sont acceptables pour suivre le cours.
Du matériel supplémentaire est aussi disponible sur le site web du cours PHY332.
Ouvrages de références
S.O.
Autres informations
À moins d’indication contraire, le matériel pédagogique rendu disponible dans le cadre de ce cours est la propriété intellectuelle de l’enseignant. Il est fourni à l'usage exclusif des étudiants inscrits au cours. Toute reproduction ou diffusion nécessite la permission du détenteur du droit d'auteur.