Force électromagnétique

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Rotation du champ magnétique dans un moteur triphasé.La force électromagnétique est, avec la force de gravitation, l'interaction faible, et l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales de la physique. Lorsque l'on tient compte de la mécanique quantique la force électromagnétique doit être réétudiée dans le cadre de l'électrodynamique quantique.
Force électromagnétique

Rotation du champ magnétique dans un moteur triphasé.La force électromagnétique est, avec la force de gravitation, l'interaction faible, et l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales de la physique. Lorsque l'on tient compte de la mécanique quantique la force électromagnétique doit être réétudiée dans le cadre de l'électrodynamique quantique.

Puissance

L'interaction électromagnétique est la deuxième des quatre interactions élémentaires dans l'ordre des puissances. À basse énergie, soit celle des réactions chimiques ou nucléaires, elle est à peu près cent fois plus faible que l'interaction forte, mais dépasse les interactions faibles et gravitationnelles d'un facteur 1011 et 1042 respectivement.

Description Mathématique

Le champ électromagnétique exerce la force suivante (souvent appelée la force de Lorentz) sur des particules électriquement chargées Champ magnétique dans une bobine. : \vec = q \vec + q \vec \wedge \vec ou encore : : \vec = q \vec + q \frac\vec \wedge \vec en unité de Gauss Interaction électrostatique, force de Coulomb (sur des particules suposées immobiles): F = k \frac ou \vec=- k \frac
-\vec ;avec \vec le vecteur unitaire dirigé de q vers q_ avec :
-\vec la force subie par la charge q ;
-q la charge sur laquelle s'exerce \vec;
-q_ la charge exercant la froce \vec sur q dans le cas de la derniere formule
-\vec le champ électrique là où est située la charge ;
-\vec le champ magnétique là où est située la charge ;
-\vec la vitesse de la charge ;
-c la vitesse de la lumière ;
-\wedge le produit vectoriel usuel . (toutes les grandeurs sont mesurées dans le même référentiel supposé galiléen). La premiére déscription de la force entre des particules chargées, contrairement à la loi de Coulomb, est correcte en théorie de la relativité, et en fait, le champ magnétique est alors vu comme une interaction relativiste des charges en mouvement que la loi de Coulomb seule n'exprime pas.

Lien entre la force de Lorentz et de Laplace

Illustration de la force de Laplace. La force de Lorentz permet de retrouver la force de Laplace, en l'absence de champ électrique (\vec = \vec). En effet, la force de Lorentz s'exerçant sur une particule de charge q est : \vec=q \vec \wedge \vec. Considérons un ensemble de ses particules dans un volume de conducteur, en négligeant les interactions entre les particules et en notant n la densité particulaire, la force résultante vaut alors : d \vec = n d\tau q < \vec > \wedge \vec, or \vec = qn< \vec>, avec \vec le vecteur densité de courant donc : :: d \vec = \vec d\tau \wedge \vec, soit :: d \vec = \vec dS \wedge \vec si le courant est surfacique, et :: d \vec = i d\vec \wedge \vec dans le modèle du courant linéique. Dans le cas où on est seulement en présence d'un champ magnétique uniforme \vec (le même partout) et d'un courant uniforme, cette formule s'intègre en : \vec = \vec \wedge \vec, ce qui est la formule de Laplace.

Le champ électrique

Les charges électriques autour d'un dipôle. Le champ électrique \vec\, est lié à la force subie par une particule dite de test de charge q_0\, par : \vec = q_o\vec où \|\vec\|\, est exprimé en newtons, \|\vec\|\, est en newtons par coulomb (N/C), ou en volts par mètre (V/m), ces unités étant identiques. On notera que ce qui compte ici c'est le champ électrique sans tenir compte du champ électromagnétique produit par la particule elle-même. On dit souvent qu'on néglige le champ produit par la particule, ce qui n'est en fait pas possible : le champ électrostatique varie, comme la gravitation, en 1/r², donc le champ propre de la particule de test est en fait, non seulement non négligeable, mais même prépondérant lorsqu'on s'approche de la particule, aussi petite que soit la charge. En électrostatique, où les charges ne sont pas en mouvement, la loi de Coulomb est valable, ce qui donne dans le vide : : \vec = \sum_^ \fracq_i ( \vec - \vec_i) 4 \pi \epsilon_o \left| \vec - \vec_i \right|^3 où
-n est le nombre de charges,
-qi est la quantité de charges associées avec la charge i
-\vec_i est la position de la charge i
-\vec est la position où le champ électrique est déterminé
-εo est une constante universelle appelée la permittivité du vide (à remplacer par la permittivité du milieu, lorsqu'on n'est pas dans le vide).

Notes et références

Voir aussi

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Sujets connexes
Champ magnétique   Champ électrique   Champ électromagnétique   Charge électrique   Force (physique)   Force de Laplace   Force de Lorentz   Grande unification   Gravitation   Interaction faible   Interaction forte   Interaction élémentaire   Loi de Coulomb   Loi universelle de la gravitation   Magnétostatique   Mètre   Mécanique quantique   Newton (unité)   Permittivité   Physique   Principe de relativité   Produit vectoriel   Référentiel galiléen   Vecteur densité de courant   Vitesse   Vitesse de la lumière   Volt  
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