Travail de la force de Lorentz

[invitec1f901ce]

Bonjour,

Plusieurs fils, ces derniers jours, tournent autour de la question de certaines lois de conservation en physique : énergie, moment cinétique, quantité de mouvement. Les lois de la physique indiquent que ces quantités sont conservées, et toute affirmation qu'elles ne le sont pas et basées sur des raisonnements faisant appel à ces lois est voué à l'échec, contiendra une faille logique

(...)

Toutefois, ce fil sera fortement modéré, dans un souci de clarté : toute proposition devra être claire, les hypothèses exposées avec soin, le raisonnement aussi, ainsi que les conclusions qui mènent au paradoxe apparent : "je pars de telle situation, dans laquelle j'ai telle d'énergie, j'arrive à telle situation dans laquelle j'ai telle autre énergie, c'est bizarre il en manque".

Pour ma part, je ne connais pas suffisamment les lois de la physique pour démontrer que l’on puisse sortir un quelque chose de rien. M’aventurer dans cette affaire serait hautement téméraire de ma part et pour tout dire, hautement stupide, car le bon sens veut que quand on ne sait pas, on se garde bien de donner une opinion.

Ce qui m’intrigue donc dans la physique telle qu’elle est présentée, est qu’elle me fait parfois apparaître, dans la formulation des énoncés, des arguments qui ne corroborent pas avec un tout. Je m’explique, selon un cas sur lequel je me suis beaucoup intéressé :

Il est connu que la force de Lorentz ne peut en aucun cas produire le moindre travail sur les charges, puisque, comme le démontrent les lois de la physique, l’action de la force de Lorentz agit perpendiculairement sur la trajectoire d’une particule chargée et seulement quand celle-ci est en mouvement dans un champ B. Ok, je saisis parfaitement cela, car un raisonnement simple permet de comprendre que si l’action de la force de Lorentz est orthogonale à la trajectoire d’une particule chargée en mouvement, il ne peut y avoir le moindre travail sur cette charge. Au contraire, cela l’obligera à tourner continuellement, en décrivant un cercle dont le rayon dépendra de la vitesse de la charge, sa masse, sa charge et l’intensité du champ B dans lequel est exposée.

Seulement, tout change quand cette même science affirme d’autre part que si un conducteur fauche un champ B stable et uniforme, la force de Lorentz est la cause de l’apparition du champ E et, subséquemment, de la DDP aux bornes du conducteur, selon le module qE = qvB. Ce qui me chagrine dans cette affirmation est qu’il y apparaît une manifeste contradiction lorsqu’on décompose méthodiquement qE = qvB :

Puisqu’il s’agit d’une égalité entre les termes qE et qvB, cela signifie donc, selon la logique du bon sens, que l’action du champ E sur les charges q est égale à l’action de la force de Lorentz vB sur ces mêmes charges q. Mais alors, puisque le champ E produit un travail quantifiable sur les charges q, comment, dans qE = vB peut-on rationaliser un bilan d’égalité de travail entre E, qui travaille, et vB, qui ne travaille pas ? Ainsi, ce qui est contradictoire dans cette argumentation scientifique est que d’une part vB ne produit pas un travail sur les charges et, d’autre part, vB est égal à E (qui lui travaille sur les charges) dans la formule E = vB.

MC.
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[yahou]

Réponse à Mandre à propos de l'effet Hall (conducteur soumis à un champ magnétique) :

Le champ total auquel sont soumis les électrons est la somme du E=-v.B dont tu parle, orthogonal aux lignes de courant suivies par les électrons (car opposé à vxB où x désigne le produit vectoriel) et du champ électromoteur, celui qui est responsable de la circulation du courant dans le conducteur. La relation q.E=-q.vxB met bien en évidence le fait que le champ électrique généré par le champ magnétique ne travaille pas ; seul le champ électromoteur, colinéaire à v, travaille.

[invitec1f901ce]

Le champ total auquel sont soumis les électrons est la somme du E=-v.B dont tu parle, orthogonal aux lignes de courant suivies par les électrons (car opposé à vxB où x désigne le produit vectoriel) et du champ électromoteur, celui qui est responsable de la circulation du courant dans le conducteur. .

Avez-vous vraiment compris ma question ? Vous semblez plus ou moins consciemment l’éludez. Je n’ai pas parlé de l’effet Hall, mais de l’induction EM dans le cas d’un conducteur qui coupe le champ B. Les deux cas, à l’inverse de ce que vous semblez croire et comme on le propose généralement, ne sont pas du tout identiques. Mais non. Bien que la force de Lorentz soit évoquée pour expliquer l’effet Hall, le mécanisme diffère nettement de celui que je propose. Dans le cas du champ B coupé par un conducteur, E ne préexiste pas comme dans l’effet hall (conducteur parcouru par un courant exposé dans B). De plus, dans le cas de l’effet Hall, les charges dans le conducteur exposées dans B vont dans le sens conventionnel du champ E, tandis que dans l’induction EM dont je vous parle, les charges de la partie du conducteur exposée dans le champ B vont toujours à contre sens de l’action du champ sur elles. Ainsi, vous répondez à ma question (« induction EM Lorentz ») dont l’énoncé semble illogique, par un cas (effet Hall) qui lui répond à une logique. Vous ne répondez donc pas à ma question, mais vous l’engluez dans des concepts qui ne la concernent pas. Oublions donc l’effet Hall et demeurons fermes sur le cas dont je vous parle.

Comme je vous le dis plus haut, dans le cas du conducteur qui coupe un champ B, les électrons de la partie de ce conducteur exposée dans B vont à contre sens de l’action de E sur les charges. Ne dites donc pas que E dans le cas que je vous propose est électromoteur, car selon la théorie, il ne peut pas l’être. Dans l’induction EM du cas proposé, le champ est électromoteur que dans la partie externe du circuit, celle de la charge. Mais dans la partie du conducteur exposée dans B, les charges, par l’action vB, selon la théorie, vont à contre sens de l’action de E sur les charges. C’est l’affirmation de la théorie officielle, mais je trouve étonnant que vB, la force de Lorentz, puisse agir à l’opposé de E sur les charges pour générer E.

La relation q.E=-q.vxB met bien en évidence le fait que le champ électrique généré par le champ magnétique ne travaille pas ; seul le champ électromoteur, colinéaire à v, travaille pas.

Dans le cas de l'induction EM, il n'y a pas de champ électromoteur avant que le conducteur plonge dans B. On explique la présence de E que par l'action vB sur les charges. C'est cela que je trouve illogique, car comment un champ E électromoteur puisse apparaître par vB, qui lui n'est pas électromoteur. Selon la loi de l'équilibre des forces, seule une force électromotrice peut s'opposer à l'action de E sur les charges, mais pas une force (vb) qui, par définition n'est nullement électromotrice.

je sais bien que vous ne m'avez pas encore compris, mais je sais que cette période doit passer avant que l'on puisse aborder le vif du sujet.

MC.

[invitec1f901ce]

Oubli.

Avez-vous vraiment compris ma question ? Vous semblez plus ou moins consciemment l’éludez. Je n’ai pas parlé de l’effet Hall, mais de l’induction EM dans le cas d’un conducteur qui coupe le champ B. Les deux cas, à l’inverse de ce que vous semblez croire et comme on le propose généralement, ne sont pas du tout identiques. Mais non. Bien que la force de Lorentz soit évoquée pour expliquer l’effet Hall, le mécanisme diffère nettement de celui que je propose. Dans le cas du champ B coupé par un conducteur, E ne préexiste pas comme dans l’effet hall (conducteur parcouru par un courant exposé dans B). De plus, dans le cas de l’effet Hall, les charges dans le conducteur exposées dans B vont dans le sens conventionnel du champ E, tandis que dans l’induction EM dont je vous parle, les charges de la partie du conducteur exposée dans le champ B vont toujours à contre sens de l’action du champ sur elles. Ainsi, vous répondez à ma question (« induction EM Lorentz ») dont l’énoncé semble illogique, par un cas (effet Hall) qui lui répond à une logique. Vous ne répondez donc pas à ma question, mais vous l’engluez dans des concepts qui ne la concernent pas. Oublions donc l’effet Hall et demeurons fermes sur le cas dont je vous parle.

Quand je dis "... les charges de la partie du conducteur exposée dans le champ B vont toujours à contre sens de l’action du champ sur elles.", je parle en final, du champ E.

Donc je corrige :

"De plus, dans le cas de l’effet Hall, les charges dans le conducteur exposées dans B vont dans le sens conventionnel du champ E, tandis que dans l’induction EM dont je vous parle, les charges de la partie du conducteur exposée dans le champ B vont toujours à contre sens de l’action du champ E sur elles"

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6aa21dd9]

Bonjour.

Réponse à Mandre

Il est connu que la force de Lorentz ne peut en aucun cas produire le moindre travail sur les charges

Faux. Il s’agit d’un problème de définition.

Voici l’expression de la Force de Lorentz :

Si cette expression implique que la charge q est indépendante de sa vitesse, elle n’interdit en rien à cette force de travailler.

Cette force est composée de 2 termes, dont le premier est la force de Coulomb et le deuxième la force de Laplace.
Je voue prie de reformuler votre question en considérant ma remarque, s’il reste toujours des zones d’ombres.

Cordialement.

[invitec1f901ce]

Bonjour.

Réponse à Mandre


Faux. Il s’agit d’un problème de définition.

Voici l’expression de la Force de Lorentz :

Si cette expression implique que la charge q est indépendante de sa vitesse, elle n’interdit en rien à cette force de travailler.

Cette force est composée de 2 termes, dont le premier est la force de Coulomb et le deuxième la force de Laplace.
Je voue prie de reformuler votre question en considérant ma remarque, s’il reste toujours des zones d’ombres.

Cordialement.

Merci à vous pour participer à ma question.

Il y a en effet encore des zones d'ombres. Je vous prie, quant à moi, de me laisser le temps de préparer de manière détaillée ce que je ne comprends pas dans cette question de la force de Lorentz et son action dans l'induction EM. Merci.

MC.

[invitec1f901ce]

Bonjour.

Réponse à Mandre


Faux. Il s’agit d’un problème de définition.

Je le crois, en effet. Dans mon désir de comprendre le mécanisme de l’induction, la définition exacte des choses, n’a pas été ce que j’ai rencontré le plus de la part des gens censés aptes de me l’enseigner. De toutes les questions sur ce sujet que j’ai posées à des physiciens ou professeurs de physique, il m’a été affirmé de manière péremptoire, avec le langage du savoir infaillible que :

1. La force de Lorentz EST F=qvB. Mais aussi, la force de Lorentz EST F=qE+qvB 2. La force de Lorentz NE TRAVAILLE PAS, mais aussi, la force de Lorentz TRAVAILLE(c’est ce que vous affirmez aussi dans vos propos ci-joints)
3. qvB EST la force de Lorentz, mais qvB EST la force de Laplace
4. qE (la force de Colomb) TRAVAILLE, mais qvB (la force de Lorentz, qui est la force de Laplace) NE TRAVAILLE PAS
5. Oui, mais E travaille sur les charges, tandis que vB ne travaille pas sur celles-ci, c’est bien connu, mais par contre E = vB
6. (…)

Joli, je trouve.

Voici l’expression de la Force de Lorentz :

Si cette expression implique que la charge q est indépendante de sa vitesse, elle n’interdit en rien à cette force de travailler.

Je constate également que personne ne vous interdit de l’affirmer, mais je trouve étonnant que vous me répondiez que j’ai faux, en m’affirmant que la force de Lorentz travaille. N’est-ce pas abusif de dire avec zèle que la force de Lorentz travaille ? Cela répond à la nécessité de faire concorder des notions incompatibles, j’en conviens, mais pas à celle du bon sens scientifique.

Cette force est composée de 2 termes, dont le premier est la force de Coulomb et le deuxième la force de Laplace.

Ainsi, de ces deux termes, qvB est la force de Laplace. Dans d’autres circonstances qvB est aussi la force de Lorentz ??? Nous demeurons donc toujours dans cet éternel problème de choses continuellement mal définies qui obligent à avoir des notions superficielles des phénomènes physiques, modélisés par des abstractions mathématiques, qui flattent davantage l’apparence du savoir.

MC

[invite6aa21dd9]

Bonsoir.

Réponse à Mandre.
Il est vrai que souvent les physiciens ont du mal à respecter les définitions des concepts physiques qu’ils emploient. Cela nuit certainement à la compréhension de la physique. De plus, les scientifiques de chaque pays proposent des noms de physiciens de leur pays respectifs pour tel ou tel concept, ce qui du coup ne facilite pas la compréhension. Intéressons nous donc à l’aspect physique et mathématique des choses et laissons les gens qui en ont le temps se quereller pour nommer les grandeurs physiques.

1. La force de Lorentz EST F=qvB. Mais aussi, la force de Lorentz EST F=qE+qvB

Cette affirmation est vraie Si E <> 0, la force de Lorentz est F=qE+qvB.
Si E = 0, l’expression devient F=qvB et c’est toujours la force de Lorentz (appelée parfois force de Laplace dans ce cas). Il n’y a pas de contradictions.

La force de Lorentz NE TRAVAILLE PAS, mais aussi, la force de Lorentz TRAVAILLE(c’est ce que vous affirmez aussi dans vos propos ci-joints)

J’ai dis, comme vous le quotez, qu’elle pouvait travailler ou ne pas travailler. Rien ne lui interdit de travailler si les conditions s’y prêtent.

Exemple 1:
2 électrons sont placés à une distance d l’un de l’autre. A l’instant initial, ils ont une vitesse nulle. La force de Lorentz (dont l’expression est maintenant F = qE, - identique soit dit en passant à la force de Coulomb - ) travaille. Les électrons acquièrent une énergie cinétique et s’éloignent l’un de l’autre, fruit du travail de la force de Lorentz.

Exemple 2 :
Une charge ponctuelle est placée dans un champ magnétique. Elle a une vitesse v (en première approximation on dira dans un champ E nul). La force de Lorentz ne travaille pas dans ce cas.
Par conséquent, l’énergie cinétique de la particule considérée est conservée. En particulier la norme du vecteur vitesse de la particule est conservée. Cependant la force de Lorentz peut quand même changer la direction de ce vecteur vitesse (sans travailler donc). Et notre particule chargée de virevolter circulairement dans le champ B.

la force de Lorentz ne peut en aucun cas produire le moindre travail sur les charges

C’est à ceci que je répondais « faux », en accord avec la définition de la force de Lorentz que je vous indique plus bas dans mon message.
Illustration :
Soit une particule chargée. La particule a une vitesse v dirigée selon l’axe des x.
A t=0, « j’allume un champ E et un champ B ». Le champ E est dirigé selon l’axe des x.
Si la force de Lorentz qui s’applique à la particule est de la forme :

étant colinéaire à , la force travaille.
J’ai donc démontré que l’affirmation quotée est bien fausse.

mais par contre E = vB

Dans le cadre des phénomènes d’induction électromagnétique, les électrons de l’induit, de charge q, sont soumis à la force de Lorentz (dans ce cas ).
Précisions : L’induit est un conducteur rectiligne qui se déplace dans le champ B de l’inducteur à une vitesse v. Champ B perpendiculaire à la vitesse de l’induit.

Les électrons se déplacent donc, quittent un endroit, s’accumulent en un autre, créant de ce fait une ddp dont le signe ne dépend que du sens de et .
L’induit se comporte comme un générateur où règne un champ électromoteur d’induction :

Attention, Em n’est pas un champ électrostatique, sa circulation n’est pas conservative.

Ainsi, de ces deux termes, qvB est la force de Laplace. Dans d’autres circonstances qvB est aussi la force de Lorentz ???

Oui, c’est aussi la force de Lorentz quand E = 0, comme précisé plus haut.
Pour compliquer un peu l’affaire, on dit aussi que la force de Laplace est la force élémentaire exercée sur un élément de conducteur de volume , parcouru par une densité de courant et placé dans un champ magnétique :

Nous demeurons donc toujours dans cet éternel problème de choses continuellement mal définies qui obligent à avoir des notions superficielles des phénomènes physiques, modélisés par des abstractions mathématiques, qui flattent davantage l’apparence du savoir.

C’est pas faux. J’espère que nous sommes un peu moins dans le flou maintenant.

En espérant que ceci répond plus clairement à vos questions.

Cordialement.

[invite7f58f807]

slt cmnt allez vou j'ai du mal à comprendre quand est ce q'on applique force de laplace et force de lorentz dans un exercice quelle est la difference entre les deux? MERCI