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Responsable(s) Olivier Landon-Cardinal, Marc Boulé

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Olivier Landon-Cardinal, Marc Boulé


PLAN DE COURS

Hiver 2023
PHY332 : Électricité et magnétisme (4 crédits)





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 : 64,8 100,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Acquérir 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 : un seul des deux préalables est requis, soit CTN248 OU ING150. Toutefois, aucun préalable n'est requis pour les étudiants et étudiantes en génie mécanique.




Objectifs du cours

Le cours a pour but de fournir à l’étudiant·e certaines connaissances fondamentales de physique jugées nécessaires à une formation technologique avancée. Plus spécifiquement, ce cours a comme objectif de familiariser l’étudiante ou 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’étudiante ou 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 étudiantes et étudiants de faire les exercices reliés au cours sous la supervision de l'enseignante, de l'enseignant ou de l'auxiliaire d'enseignement, 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 étudiantes et 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 enseignant·es.




Utilisation d’appareils électroniques

S.O.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Jeudi 09:00 - 12:00 Laboratoire
Vendredi 13:30 - 17:00 Activité de cours
02 Lundi 09:00 - 12:00 Laboratoire
Vendredi 09:00 - 12:30 Activité de cours
03 Lundi 13:30 - 16:30 Laboratoire
Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours
04 Mardi 09:00 - 12:00 Laboratoire
Mercredi 13:30 - 17:00 Activité de cours
05 Mardi 13:30 - 16:30 Laboratoire
Mercredi 09:00 - 12:30 Activité de cours
06 Mardi 18:00 - 21:00 Laboratoire
Jeudi 18:00 - 21:30 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Nathalie Dabin-Voix Activité de cours Nathalie.Dabin@etsmtl.ca B-2540
01 Nathalie Dabin-Voix Laboratoire Nathalie.Dabin@etsmtl.ca B-2540
02 Olivier Landon-Cardinal Activité de cours Olivier.Landon-Cardinal@etsmtl.ca B-2534
02 Jules Kouam Laboratoire cc-Jules.Kouam@etsmtl.ca
03 Alain Hénault Activité de cours Alain.Henault@etsmtl.ca B-2552
03 Alain Hénault Laboratoire Alain.Henault@etsmtl.ca B-2552
04 Gérald Paquin Activité de cours Gerald.Paquin@etsmtl.ca B-2519
04 Jules Kouam Laboratoire cc-Jules.Kouam@etsmtl.ca
05 Marc Boulé Activité de cours Marc.Boule@etsmtl.ca B-2560
05 Marc Boulé Laboratoire Marc.Boule@etsmtl.ca B-2560
06 Gérald Paquin Activité de cours Gerald.Paquin@etsmtl.ca B-2519
06 Gérald Paquin Laboratoire Gerald.Paquin@etsmtl.ca B-2519



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 se déroulent à l'extérieur des périodes inscrites à l'horaire pour le cours ou les travaux pratiques. Les laboratoires sont conçus pour être réalisés idéalement en équipes de trois étudiants/étudiantes maximum, mais des équipes de quatre seront tolérées au besoin. 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). La section "Évaluation" contient davantage d'information concernant les modalités présentiel vs distance pour les laboratoires.




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
Évaluation Pondération Mode (présence / distance)
Examen intra 1 sur le bloc 1 (3h) 30%  En présence pour tous les groupes
Examen intra 2 (2h, 10%) et/ou mini-test(s) et/ou devoir(s) et/ou exercices notés 20% À déterminer selon l'enseignante ou l'enseignant.*
Rapports de laboratoire 20% Prise de mesures en présence pour tous les membres de chaque groupe
Examen final sur le bloc 3 (3h) 30% En présence pour tous les groupes

Il n'y a pas de double-seuil en PHY332.

* Les groupes ayant un examen intra 2 sont les groupes pour lesquels une date de type "Intra 2" apparait dans la section "Dates des examens intra" de ce plan de cours.

Documentation permise aux examens: Seuls le livre Physique 2 de H. Benson (version papier, 4e ou 5e édition), les présentations de type PowerPoint du cours et les notes de cours personnelles sont permis aux examens; le livre Physique 2 - Solutionnaire (ou toute reproduction) n'est pas permis. À l'exception de la calculatrice, aucun appareil électronique n'est autorisé (pas d’ordinateur portable, tablette, cellulaire, etc.).




Dates des examens intra
# Intra Groupe(s) Date
1 1 9 février 2023
1 2 6 février 2023
1 3 13 février 2023
1 4, 5, 6 14 février 2023
2 1 16 mars 2023
2 2 10 mars 2023
2 3 20 mars 2023
2 5 21 mars 2023



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).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

BENSON, H. Physique II : Électricité et magnétisme, traduit par D. Amrouni., Pearson-ERPI, 5e édition, 2015 (disponible à la Coop).

Uniquement la version papier de cet ouvrage sera permise lors des évaluations en présence ; si vous avez une version numérique, elle ne sera pas consultable. Du matériel supplémentaire est aussi disponible sur le site web du cours PHY332.




Ouvrages de références

S.O.




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Du matériel supplémentaire est aussi disponible sur le site web du cours PHY332 ainsi que les pages des différents groupes.

Site pour calcultarice :  https://seg-apps.etsmtl.ca/nspire/

 




Autres informations

Les séances de cours et de travaux pratiques des cours-groupes dont le mode d'enseignement est hybride sont offertes entièrement à distance. L'étudiante ou l'étudiant inscrit à un tel cours-groupe n'a donc pas besoin de se déplacer à l'École durant la session, sauf lors des évaluations en présence identifiées à la section "Évaluation".

À moins d’indication contraire, le matériel pédagogique rendu disponible dans le cadre de ce cours est la propriété intellectuelle de l’enseignante ou l'enseignant. Il est fourni à l'usage exclusif des étudiantes et étudiants inscrits au cours. Toute reproduction ou diffusion nécessite la permission de la personne détententrice du droit d'auteur.