Électricité et magnétisme : électrostatique, circuits, électromagnétisme et induction
Ce domaine regroupe l'électrostatique (force de Coulomb, champ, potentiel), les circuits à courant continu (loi d'Ohm, associations de résistances, lois de Kirchhoff, puissance), puis le magnétisme et l'induction (force de Laplace, flux magnétique, loi de Faraday, loi de Lenz). Les exercices combinent souvent un calcul de résistance équivalente et un bilan de tension.
Règles et méthodes
- Coulomb : F = k|q₁q₂|/r², k ≈ 9×10⁹ SI ; champ créé par une charge ponctuelle E = k|q|/r² ; la force sur une charge d'essai est F⃗ = qE⃗.
- Circuits : U = RI ; série R_eq = R₁ + R₂ + … ; parallèle 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + … ; loi des nœuds (ΣI entrants = ΣI sortants) et loi des mailles (ΣU = 0).
- Puissance : P = UI = RI² = U²/R ; énergie consommée W = Pt.
- Condensateur : Q = CU ; en continu, il se charge puis bloque le courant.
- Magnétisme : force de Laplace F = BIL sin α ; induction : e = −dΦ/dt avec Φ = BA cos α ; le signe « − » traduit la loi de Lenz : le courant induit s'oppose à la variation du flux.
Exemple rédigé
Un générateur de 12 V alimente une résistance de 6 Ω en parallèle avec une de 3 Ω, l'ensemble étant en série avec 4 Ω. Calculer le courant débité et la tension aux bornes du groupement parallèle. Parallèle : 1/R_p = 1/6 + 1/3 = 1/2, donc R_p = 2 Ω. R_eq = 2 + 4 = 6 Ω ; I = U/R_eq = 12/6 = 2 A. Tension du groupement parallèle : U_p = R_p × I = 2 × 2 = 4 V (le reste, 8 V, est aux bornes du 4 Ω).
Pièges qui coûtent des marks
Inverser série et parallèle ; appliquer U = RI à un groupement sans calculer d'abord la résistance équivalente ; oublier de convertir les mA en A ; se tromper sur le sens du courant conventionnel (du + vers le − à l'extérieur du générateur) ; dans la loi de Lenz, ne pas identifier le sens de la variation du flux ; additionner des puissances comme des résistances.