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Cégep • Montréal

Électricité et magnétisme 203-SN2-RE (ancien 203-NYB)

Le cours d'électricité et magnétisme demande de raisonner sur des champs, c'est-à-dire sur des objets qu'aucune expérience quotidienne ne rend intuitifs. Il s'appelle 203-SN2-RE dans le programme révisé (200.B1) et 203-NYB dans l'ancien. Le contenu détaillé varie d'un cégep à l'autre : certains s'arrêtent aux circuits RC et à la loi de Faraday, d'autres gardent le flux électrique (théorème de Gauss) et l'inductance. Toutes les séries au programme d'au moins un devis du nouveau cours portent le code 203-SN2.

10 séries d'exercices entièrement corrigés (113 exercices), 10 fiches de révision, 2 examens blancs. Gratuit, sans compte. Le même cours en anglais.

La mesure au laboratoire

  1. 1 Mesures, incertitudes et analyse graphique au laboratoire Le volet expérimental du cours d'électricité et magnétisme, en quinze exercices bâtis sur les montages du cours. Les bases : lire un multimètre numérique et sa notice, la loi d'Ohm comme quotient, série et parallèle, méthode des extrêmes sur la puissance dissipée, méthode différentielle sur le champ d'un solénoïde. Les problèmes : mesures répétées d'une tension et le moment où répéter cesse de servir, linéarisation de la loi d'Ohm et le point qui décroche quand la résistance chauffe, cinq affirmations à corriger, force électromotrice et résistance interne par droites extrêmes, constante de temps d'un circuit RC par régression semi-logarithmique. Les classiques : erreur aléatoire ou systématique et l'effet de charge du voltmètre, code des couleurs et tolérance, pont de Wheatstone comme méthode de zéro, résistivité d'un fil où le diamètre compte double, et la petite différence de deux tensions qui coûte un facteur quatre. Fiche

Électrostatique

  1. 2 Charge, champ et potentiel électriques La charge quantifiée face à la gravitation, le point de champ nul, le potentiel scalaire et son piège, l'énergie d'un système de charges avec les équipotentielles, l'électron accéléré entre deux plaques. Puis une partie niveau examen : le champ résultant par composantes, l'anneau et la tige où la somme devient intégrale, le théorème de Gauss de la sphère isolante à la cage de Faraday, la gouttelette de Millikan et le canon à électrons d'un tube cathodique. Une partie C ajoute trois démarches guidées : le champ d'un cylindre chargé en volume par le théorème de Gauss, la différence de potentiel d'une charge ponctuelle par la circulation du champ, et le potentiel du cylindre, où l'infini ne peut plus servir de référence. Fiche
  2. 3 Le théorème de Gauss Le flux à travers un cube, avec la charge au centre puis au coin où l'angle solide fait tout le travail, la sphère isolante pleine et son champ qui croît en r avant de décroître en 1 sur r carré, le câble coaxial et la propriété de blindage, les plans infinis pris un par un puis deux par deux, et une densité de charge non uniforme qui interdit toute formule apprise par coeur. Puis une partie niveau examen : la cavité excentrée dont le champ intérieur est uniforme, le facteur deux qui sépare le plan chargé du conducteur, cinq affirmations à corriger, le seau à glace de Faraday qui mesure une charge sans la toucher, et le champ électrique de l'atmosphère qui viderait la Terre en cinq minutes. Fiche
  3. 4 Le potentiel électrique et les condensateurs Le potentiel qui s'additionne comme un nombre et non comme une flèche, avec le point où V s'annule sans que le champ le fasse, le passage de V à E par le gradient sur une fonction à trois variables, le potentiel d'un anneau et d'un disque calculés par intégration, le conducteur en équilibre avec sa cavité et ses trois régions, et les deux sphères reliées par un fil qui démontrent le pouvoir des pointes. Puis une partie niveau examen : les capacités plane, cylindrique et sphérique démontrées, un réseau à quatre condensateurs à démonter dans les deux sens, cinq affirmations à corriger, l'énergie logée dans le champ lui-même et la force entre les armatures, et un générateur de Van de Graaff mené jusqu'à l'étincelle. Fiche

Circuits en courant continu

  1. 5 Circuits à courant continu Courant et résistivité, la dérive des électrons à 0,1 mm par seconde dans un fil et le filament qui grille à l'allumage, réseau série-parallèle avec bilan de puissance, fem et résistance interne, circuit à deux mailles par Kirchhoff avec un courant négatif à interpréter. Puis une partie niveau examen : associations de condensateurs, condensateur plan et diélectrique selon que la pile reste branchée ou non, diviseur de tension et transfert maximal de puissance, ampèremètre, voltmètre et pont de Wheatstone, et la charge du circuit RC. Fiche
  2. 6 Les circuits RC en courant continu Le chapitre des circuits RC tel que le prescrit le nouveau cours d'électricité et magnétisme, en quinze exercices. Les bases : charge d'un condensateur, équation différentielle de la décharge, constante de temps vue par le condensateur quand deux résistances se partagent le circuit, lois de Kirchhoff à l'instant initial et en régime permanent, énergie dissipée par effet Joule. Les problèmes : capacité mesurée par la demi-vie et piège du voltmètre, stimulateur cardiaque, cinq affirmations à corriger, essuie-glace intermittent, défibrillateur. Les classiques : condensateurs en série et en parallèle, filtre anti-rebond, cellule de mémoire DRAM, chronomètre à condensateur, partage de l'énergie entre deux résistances. Fiche

Magnétisme et induction

  1. 7 Magnétisme et induction Force magnétique et règle de la main droite, mouvement circulaire et période indépendante de la vitesse, sélecteur de vitesse et spectromètre de masse qui identifie le carbone 12, force de Laplace et fils parallèles, couple sur une boucle avec le moteur et le galvanomètre. Puis une partie niveau examen : l'effet Hall qui révèle le signe des porteurs, la trajectoire hélicoïdale des aurores polaires et le cyclotron jusqu'à sa limite relativiste, la tige sur rails, la bobine de Faraday et l'alternateur avec les courants de Foucault. Fiche
  2. 8 L'induction électromagnétique Le flux calculé dans trois géométries dont une par intégration au voisinage d'un fil, six situations de Lenz à trancher au signe près, la loi de Faraday appliquée à un champ qui monte puis redescend, avec la fem qui s'annule exactement quand le champ est maximal, la barre qui tourne et le disque de Faraday, et l'inductance mutuelle de deux bobines avec son coefficient de couplage. Puis une partie niveau examen : le champ électrique induit et la boucle où la tension dépend du chemin, le transformateur et son impédance ramenée, cinq affirmations à corriger, le capteur inductif d'un système antiblocage qui devient aveugle à basse vitesse, et la plaque à induction dont la puissance croît comme le carré de la fréquence. Fiche
  3. 9 Sources du champ magnétique La loi de Biot-Savart et la spire vue sous l'angle alpha, le champ au centre d'une bobine et l'électron de l'atome d'hydrogène qui crée 12,5 T, les arcs de courant et le fil de longueur finie, les bobines de Helmholtz et leur champ quasi uniforme, le fil rectiligne et le point de champ nul. Puis une partie niveau examen : le solénoïde démontré au contour rectangulaire, le tore et la nappe de courant, le câble coaxial région par région, le noyau de fer avec la saturation et l'hystérésis, et le courant de déplacement qui referme les quatre équations de Maxwell sur la vitesse de la lumière. Fiche

Régimes transitoires, oscillations et courant alternatif

  1. 10 Circuits RC, RL et RLC La charge du condensateur avec l'équation différentielle et la moitié de l'énergie perdue quelle que soit la résistance, le flash de 9 kW, les deux condensateurs qui perdent la moitié de leur énergie sans perdre une charge, le circuit RL et l'étincelle de 600 V à l'ouverture, l'inductance calculée à partir de la géométrie. Puis une partie niveau examen : les oscillations LC et l'analogie masse-ressort, l'amortissement RLC et la résistance critique, le régime sinusoïdal avec réactances, impédance et déphasage, la résonance série avec la surtension et le facteur de qualité, et les continuités aux commutations. Fiche

Quand les chapitres sont faits

Une épreuve complète, en conditions d'examen. À faire une fois derrière vous les chapitres qu'elle couvre : elle mesure ce que vous savez faire sur une question jamais vue.

Examen blanc

Examen de synthèse

Examen final sur tout le cours d'électricité et magnétisme, 12 exercices sur 100 points en 3 heures, quatre parties sur 25, une figure pour presque chaque question. Électrostatique : deux charges et le point de champ nul opposé au point de potentiel nul, sphère chargée traitée par le théorème de Gauss avec la courbe du champ, anneau chargé dont on démontre que le champ est maximal à une distance égale au rayon divisé par racine de deux. Circuits : réseau série-parallèle et bilan de puissance complet, pont de Wheatstone déséquilibré résolu par un générateur équivalent, câble d'alimentation avec pertes en ligne, calibre minimal et effet de la température. Magnétisme : proton accéléré puis courbé avec la période indépendante de la vitesse, bobine tirée hors du champ et bilan énergétique de la loi de Lenz, tore traité du théorème d'Ampère jusqu'à l'énergie magnétique retrouvée par la densité d'énergie. Régimes : circuit RL et continuité du courant, régime sinusoïdal avec triangle des impédances, résonance et surtension, puis cinq affirmations fausses à corriger.

  • 12 exercices
  • 100 points
  • 180 minutes
Passer l'épreuve

Examen blanc

Épreuve de synthèse

Un examen final de trois heures, douze exercices sur 100 points, calqué sur le devis du nouveau cours d'électricité et magnétisme : électrostatique par composantes, potentiel et énergie, goutte d'encre déviée, réseau à deux sources, élément chauffant, charge puis décharge d'un condensateur, balance de courant, solénoïde et boussole, faisceau d'électrons dévié, loi de Faraday, champ non linéaire et vérification d'une résistance au laboratoire. Sans théorème de Gauss ni circuits RL, que certains cégeps enseignent encore : les séries dédiées les complètent.

  • 12 exercices
  • 100 points
  • 180 minutes
Passer l'épreuve

Ce qu'il faut tenir avant

Le programme de Électricité et magnétisme 203-SN2-RE (ancien 203-NYB) s'appuie sur 3 chapitres venus d'avant. Ce ne sont pas des révisions de confort : chacun est le point d'appui d'un chapitre listé ci-dessus, et un élève qui décroche en cours d'année décroche presque toujours sur l'un d'eux. Tous ont leur fiche de révision, à lire d'une traite avant la rentrée.

Secondaire 5, Mathématiques

Mécanique 203-SN1-RE (ancien 203-NYA)

À lire sur ce niveau

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