GEL-2000 : Électromagnétisme - PIXEL

GEL-2000 : Électromagnétisme
NRC 83183
Automne 2015
Mode d'enseignement : Présentiel
Temps consacré : 3-1-5
Crédit(s) : 3
Préalables : GEL 1000* ET MAT 1910
Vecteurs et champs; champs électrique et magnétique; force de Lorentz;
matériaux. Lois de Faraday et d'Ampère; équations de Maxwell sous forme
intégrale; cas statique; conditions aux frontières. Équations de Maxwell sous
forme différentielle; fonctions de potentiel; cas statique; stockage d'énergie.
Champs statiques et quasi-statiques : équations de Poisson et de Laplace;
capacité, conductance, inductance; circuits magnétiques; conversion
électromécanique; calculs numériques. Onde plane uniforme; solution
sinusoïdale dans le vide, dans un diélectrique et dans un conducteur; vecteur
de Poynting.
Plage horaire :
Cours en classe
mardi
10h30 à 12h20 PLT-2505
mercredi 08h30 à 09h20 PLT-2505
Atelier
mercredi 09h30 à 10h20 PLT-2505
Du 31 août 2015 au 11 déc. 2015
Du 31 août 2015 au 11 déc. 2015
Du 31 août 2015 au 11 déc. 2015
Il se peut que l'horaire du cours ait été modifié depuis la dernière
synchronisation avec Capsule. Vérifier l'horaire dans Capsule
Site de cours :
https://www.portaildescours.ulaval.ca/ena/site/accueil?idSite=62428
Coordonnées et disponibilités
Sophie La Rochelle
Professeure
Pavillon Optique-Photonique, bur 2127
[email protected]
656-2131 poste 3559
Soutien technique :
Pour recevoir du soutien technique relatif à l'utilisation du Portail des Cours,
contactez :
Comptoir LiberT (FSG)
Pavillon Adrien-Pouliot, Local 3709
[email protected]
418-656-2131 poste 4651
Session d'automne et hiver
© Université Laval
Lundi
Mardi
Mercredi
Jeudi
08h00 à 18h45
08h00 à 18h45
08h00 à 18h45
08h00 à 18h45
Vendredi
08h00 à 16h45
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Vendredi
08h00 à 16h45
Session d'été
Lundi
08h00 à 16h00
Mardi
08h00 à 16h00
Mercredi 08h00 à 16h00
Jeudi
08h00 à 16h00
Vendredi 08h00 à 16h45
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Sommaire
Description du cours ......................................................................................................................... 4
Lien avec le programme .................................................................................................................. 4
Objectifs ....................................................................................................................................... 4
Déroulement du cours ..................................................................................................................... 4
Contenu ....................................................................................................................................... 4
Contenu et activités .......................................................................................................................... 5
Évaluations et résultats .................................................................................................................... 5
Modalités d'évaluation ..................................................................................................................... 5
Informations détaillées sur les évaluations sommatives ....................................................................... 5
Mini test #1 ............................................................................................................................. 6
Examen partiel ......................................................................................................................... 6
Mini test #2 .............................................................................................................................. 6
Examen final ............................................................................................................................. 6
Consignes sur les travaux ................................................................................................................ 6
Détails sur les modalités d'évaluation ................................................................................................ 6
Échelle des cotes ............................................................................................................................ 7
Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques ............................................................................... 7
Politique sur le plagiat et la fraude académique .................................................................................. 7
Étudiants ayant un handicap, un trouble d’apprentissage ou un trouble mental ....................................... 8
Modalités sur les laboratoires ........................................................................................................... 8
Matériel didactique ........................................................................................................................... 8
Matériel obligatoire ......................................................................................................................... 8
Médiagraphie et annexes .................................................................................................................. 8
Bibliographie ................................................................................................................................. 8
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Description du cours
Lien avec le programme
Ce cours participe à la poursuite des objectifs suivants :
Posséder les bases conceptuelles et physiques de la discipline du génie électrique.
Ce cours est offert en 3e session du programme de baccalauréat en génie électrique et présente les concepts
fondamentaux de l'électromagnétisme. Des situations simples sont modélisées et résolues analytiquement à
l'aide des outils de calcul différentiel et intégral. Les applications de ces notions à divers aspects du génie
électrique sont également illustrées et discutées. Les concepts abordés dans ce cours sont explorés plus en
détail dans de nombreux cours subséquents du programme quelle que soit la spécialité choisie.
L'évaluation des qualités visées par GEL-2000 est de nature sommative, mais non terminale. En ce
sens, les notions couvertes dans ce cours seront reprises et réévaluées dans des cours subséquents, afin
de favoriser la consolidation des apprentissages chez l'étudiant.
Les qualités couvertes par le cours, en totalité ou en partie, sont les suivantes :
Connaissances en génie (Q1) : connaissance, à un niveau universitaire, des mathématiques, des
sciences naturelles et des notions fondamentales de l'ingénierie, ainsi qu'une spécialisation en génie
propre au programme.
Objectifs
À la fin du cours, l'étudiant sera capable de :
Maîtriser les notions de champs électrique et magnétique dans le vide et dans les matériaux;
maîtriser et appliquer les équations de Maxwell exprimées sous forme intégrale et différentielle;
Comprendre les notions d'énergie électrique et magnétique, la conversion d'énergie électromécanique et
calculer les distributions d'énergie dans des systèmes simples;
Déterminer la capacité, la conductance et l'inductance de structures simples;
Calculer des circuits magnétiques simples;
Comprendre le concept et les propriétés de l'onde plane uniforme
Déroulement du cours
Le cours est dispensé sous forme de 3 heures de cours magistral et d'une heure de dépannage.
Important :
À noter qu'il y aura des évaluations durant l'heure prévue pour le dépannage et, en conséquence, les
étudiants doivent s'assurer de ne pas avoir de conflit d'horaire durant cette période.
Contenu
Introduction (1h) : Historique et applications de l'électromagnétisme.
Vecteurs et champs de vecteurs (2h) : Champs vectoriels et scalaires, algèbre vectorielle, système de
coordonnées.
Champs dans le vide et dans les matériaux (5h) : Champs électrique et magnétique, force de Lorentz,
matériaux conducteurs, semi-conducteurs, diélectriques et magnétiques.
Équations de Maxwell sous forme intégrale (6h) : Lois de Faraday, d'Ampère et de Gauss. Application au
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Équations de Maxwell sous forme intégrale (6h) : Lois de Faraday, d'Ampère et de Gauss. Application au
champ statique. Conditions limites.
Équations de Maxwell sous forme différentielle (6h) : Lois de Faraday, d'Ampère et de Gauss. Vecteur et
potentiel scalaire.
Notions de champs statiques et quasi statiques (9h) : Équations de Poisson et de Laplace. Capacité,
conductance et inductance. Énergie.
Ondes planes (7h) : Solution simple des équations de Maxwell, domaine temporel et espace libre; onde
plane; équation d'onde dans les diélectriques et les conducteurs, solutions sinusoïdales, réflexion et réfraction
dans les diélectriques.
Contenu et activités
Le tableau ci-dessous présente les semaines d'activités prévues dans le cadre du cours.
Titre
Date
1. Introduction
2. Vecteurs et champs
3. Sources, forces et champs électromagnétiques
4. Champ électrostatique
5. Propriétés électriques des matériaux
6. Résistance, capacité et énergie
7. Champs magnétostatiques dans le vide
8. Propriétés magnétiques des matériaux
9. Induction
12. Ondes planes
Consignes pour les exercices
Examens et minitests
Note : Veuillez vous référer à la section Contenu et activités de votre site de cours pour de plus amples détails.
Évaluations et résultats
Modalités d'évaluation
Sommatives
Titre
Date
Mode de travail
Pondération
Mini test #1
Le 30 sept. 2015 de 08h30 à 10h20
Individuel
10 %
Examen partiel
Le 20 oct. 2015 de 10h30 à 12h20
Individuel
40 %
Mini test #2
Le 18 nov. 2015 de 08h30 à 10h20
Individuel
10 %
Examen final
Le 9 déc. 2015 de 08h30 à 10h20
Individuel
40 %
Informations détaillées sur les évaluations sommatives
Mini test #1
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Mini test #1
Date :
Mode de travail :
Pondération :
Matériel autorisé :
Le 30 sept. 2015 de 08h30 à 10h20
Individuel
10 %
Aide-mémoire
Examen partiel
Date :
Mode de travail :
Pondération :
Matériel autorisé :
Le 20 oct. 2015 de 10h30 à 12h20
Individuel
40 %
Aide-Mémoire
Mini test #2
Date :
Mode de travail :
Pondération :
Matériel autorisé :
Le 18 nov. 2015 de 08h30 à 10h20
Individuel
10 %
Aide-mémoire
Examen final
Date :
Mode de travail :
Pondération :
Matériel autorisé :
Le 9 déc. 2015 de 08h30 à 10h20
Individuel
40 %
Aide-mémoire
Consignes sur les travaux
Lors des évaluations, vous devez vous assurer de :
1- Lire attentivement la donnée du problème
2- Faire un schéma suffisamment grand et précis
3- Identifier les paramètres importants (connus et indéterminés)
4- Identifier le système de coordonnées le plus approprié
5- Faites les calculs mathématiques requis en faisant attention aux bornes d’intégration et aux éléments
différentiels en jeux. Autant que possible, tâchez d’obtenir en premier lieu une solution analytique et ne
substituez les valeurs numériques qu’en dernier lieu. 6- Examinez votre résultat de façon critique :
Est-ce que la solution obtenue se comporte correctement aux limites, que ce soit à l’infini ou à la
frontière entre deux matériaux ?
Est-ce que l’orientation du champ résultant est raisonnable ?
Est-ce que les unités obtenues sont les bonnes?
Est-ce que l’ordre de grandeur des quantités obtenues est raisonnable ?
Est-ce que les unités sont correctes?
Tous ces aspects seront notés lors des mini-tests et examens
Détails sur les modalités d'évaluation
Des mini-tests auront lieu à deux reprises durant le semestre. Ces tests ont pour but de vérifier la
compréhension d'une partie plus circonscrite de la matière. La période réservée pour les minitests est de 2h.
Les examens se font en classe et durent généralement deux heures. Si vous avez un examen qui suit
immédiatement la période d’examen, vous êtes priés d’en aviser le professeur.
Des évaluations auront lieu pendant la période d'exercices (dépannage) le mercredi. Les étudiants doivent
s'assurer de ne pas avoir de conflit d'horaire pour les 4 heures prévues à l'horaire. © Université Laval
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s'assurer de ne pas avoir de conflit d'horaire pour les 4 heures prévues à l'horaire. Lors des examens et mini-tests, vous serez évalués en fonction des objectifs du cours. De façon générale, vous
devrez démontrer votre compréhension des concepts abordés par : une interprétation juste et une bonne
visualisation du problème présenté, une identification adéquate des paramètres fournis, l’utilisation de la
démarche appropriée dans la résolution du problème, l’obtention d’un résultat mathématiquement exact et
physiquement raisonnable.
Les examens se font à livres fermés; un aide-mémoire semblable à celui disponible à la section matériel
didactique sera fourni lors de l'examen.
L'évaluation est constituée de :
Un examen partiel (40%), un examen final (40%) et deux minitests (10% chacun).
L'évaluation formative massive à des exercices hebdomadaires.
L'usage de la calculatrice conforme au réglement de la faculté est permis pendant les examens
La note de passage est de 50%. L'étudiant ou l'étudiante qui a moins que la note de passage pour l'ensemble
des examens obtient automatiquement un échec (i.e. cote "e").
Il n'y aura aucune reprise pour les minitests.
Les révisions de notes seront faites conformément à la procédure officielle du Règlement du premier cycle et
des règles de la Faculté seulement. La cote ne sera disponible qu'à la sortie du relevé de notes.
Échelle des cotes
Cote
% minimum
% maximum
Cote
% minimum
% maximum
A+
90
100
C+
67
69,99
A
85
89,99
C
64
66,99
A-
80
84,99
C-
60
63,99
B+
77
79,99
D+
55
59,99
B
73
76,99
D
50
54,99
B-
70
72,99
E
0
49,99
Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques
La politique sur l'utilisation d'appareils électroniques de la Faculté des sciences et de génie peut être consultée
à l'adresse : http://www.fsg.ulaval.ca/fileadmin/fsg/documents/PDF/Calculatrices-autorisees-FSG.pdf.
Politique sur le plagiat et la fraude académique
Règles disciplinaires
Tout étudiant qui commet une infraction au Règlement disciplinaire à l'intention des étudiants de l'Université
Laval dans le cadre du présent cours, notamment en matière de plagiat, est passible des sanctions qui sont
prévues dans ce règlement. Il est très important pour tout étudiant de prendre connaissance des articles 28 à
32 du Règlement disciplinaire. Celui-ci peut être consulté à l'adresse suivante:
http://www.ulaval.ca/sg/reg/Reglements/Reglement_disciplinaire.pdf
Plagiat
Tout étudiant est tenu de respecter les règles relatives au plagiat. Constitue notamment du plagiat le fait de:
i. copier textuellement un ou plusieurs passages provenant d'un ouvrage sous format papier ou
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i. copier textuellement un ou plusieurs passages provenant d'un ouvrage sous format papier ou
électronique sans mettre ces passages entre guillemets et sans en mentionner la source;
ii. résumer l'idée originale d'un auteur en l'exprimant dans ses propres mots (paraphraser) sans en
mentionner la source;
iii. traduire partiellement ou totalement un texte sans en mentionner la provenance;
iv. remettre un travail copié d'un autre étudiant (avec ou sans l'accord de cet autre étudiant);
v. remettre un travail téléchargé d'un site d'achat ou d'échange de travaux scolaires.
L'Université Laval étant abonnée à un service de détection de plagiat, il est possible que l'enseignant soumette
vos travaux pour analyse.
Étudiants ayant un handicap, un trouble d’apprentissage ou un trouble mental
Les étudiants qui ont une lettre d'Attestation d'accommodations scolaires obtenue auprès d'un conseiller du
secteur Accueil et soutien aux étudiants en situation de handicap (ACSESH) doivent impérativement se
conformer à la politique d'Accommodations scolaires aux examens de la Faculté des sciences et de génie qui
peut être consultée à l'adresse : http://www.fsg.ulaval.ca/fileadmin/fsg/documents/PDF/Politique-Facultaire-Accommodements.pdf
Modalités sur les laboratoires
Règlement sur la sécurité dans les laboratoires du Département de génie électrique et de génie
informatique et formation sur les dangers de l'électricité
Le Département de génie électrique et de génie informatique a adopté un règlement sur la sécurité dans ses
laboratoires.
Ce règlement est disponible à l'adresse : http://www2.gel.ulaval.ca/fileadmin/documentation/services/securite/reglements-securite-lab-v2.pdf
Tous les étudiants sont priés de respecter celui-ci scrupuleusement.
Par ailleurs une formation sur les dangers de l'électricité est offerte aux étudiants à chaque début de session.
Certains cours exigent que cette formation soit suivie avant le début des laboratoires.
Les étudiants qui n'auront pas suivi cette formation se verront refuser l'accès aux laboratoires.
Matériel didactique
Matériel obligatoire
Engineering Electromagnetics
Auteur : Kenneth R. Demarest
Éditeur : Prentice Hall (1998)
ISBN : 0023285214
Médiagraphie et annexes
Bibliographie
Livres de référence à la bibliothèque
Bertin, M. et al, "Électromagnétisme". Dunod.
Boridy, É., "Électromagnétisme", Presses de l'Université du Québec.
Gardiol, F., "Traité d'électricité", volume III, École polytechnique fédérale de Lausane.
Ulaby, F.T., "Fundamentals of applied electromagnetics", Prentice Hall.
Cheng, D.K., "Field and wave electromagnetics", Addison-Wesley.
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Cheng, D.K., "Field and wave electromagnetics", Addison-Wesley.
Popovic, "Introductory Electromagnetics", Prentice Hall.
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