Thermodynamique et électromagnétisme

Enseignants

Lambot Sébastien;

Langue
d'enseignement

Français

Préalables

Cours de physique et de mathématiques du premier quadrimestre : LBIR1110 et LBIR1120

Thèmes abordés

Ce cours vise à présenter les notions fondamentales de la thermodynamique et de l'électromagnétisme en vue de leur utilisation dans le domaine de la bioingénierie au sens large. Les thèmes suivants sont abordés dans la partie dédiée à la thermodynamique : température, dilatation thermique, loi des gaz parfait, premier principe de la thermodynamique, théorie cinétique, entropie et deuxième principe de la thermodynamique. Les thèmes suivants sont abordés dans la partie relative à l'électromagnétisme : force et champ électrique (loi de Coulomb), théorème de Gauss, potentiel électrique, condensateurs et diélectriques, courant et résistance, circuits à courant continu, champ magnétique, induction électromagnétique, inductance, circuits RLC alimentés en courant alternatif.

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
1	Au terme du cours LBIR1122, l'étudiant sera capable de : ·      Comprendre les lois fondamentales de la thermodynamique, de l'électricité et du magnétisme. ·      Manipuler les outils mathématiques de base de la physique générale (résolution d’équations, vecteurs, calcul différentiel et intégral). ·      Modéliser des systèmes physiques en suivant un raisonnement rigoureux et formalisé au travers d'équations mathématiques. ·      Observer quantitativement des phénomènes physiques à l'aide d'instruments de mesure. ·      Convertir un énoncé littéral de physique générale en équations mathématiques et inversement. ·      Identifier les données pertinentes et non pertinentes pour la résolution d'un problème de physique simple. ·      Transposer les concepts théoriques de la physique à des problèmes concrets ayant trait au domaine de la bioingénierie. Les acquis d'apprentissage de l'activité contribuent au référentiel de compétences du programme pour les points suivants : 1.1, 1.4, 1.5.

Contenu

Thermodynamique : chaleur et température, dilatation thermique, loi des gaz parfaits, le premier principe de la thermodynamique, le travail en thermodynamique, la transmission de la chaleur (convection, conduction, radiation), le deuxième principe de la thermodynamique, applications (moteurs thermiques, réfrigérateur, pompe à chaleur).
Electricité et magnétisme : la force électrique, le champ électrique, le théorème de Gauss, le potentiel électrique, condensateurs et diélectriques, le courant électrique, la résistance, les circuits en courant continu, le champ magnétique, l'induction électromagnétique, l'inductance, les circuits en courants alternatifs, les circuits RLC, applications (moteur électrique, capteurs diélectriques, outils de la géophysique : tomographie électrique, induction électromagnétique, radar de pénétration du sol).

Méthodes d'enseignement

L'ensemble de la matière est exposé au cours théorique via des diapositives et notes au tableau. Les concepts fondamentaux sont illustrés via des applications concrètes générales et de la bioingénierie via des illustrations multimédia.

Les séances d'exercices jouent un rôle essentiel à la compréhension du cours théorique et constituent un apprentissage à la résolution de problèmes concrets contextualisés à la bioingénierie. Une attention particulière est donnée aux illustrations et applications en référence à ce domaine (par ex., le tracteur et les machines agricoles, la biophysique, la géophysique, etc.). Les exercices permettront à cet égard la mise en contexte de la plupart des concepts théoriques sur base de problèmes concrets auxquels le bioingénieur sera confronté au long de sa formation et dans sa vie professionnelle.

Organisation des séances d'exercices : Les séances d'exercices sont obligatoires et doivent être préparées à l'avance par l'étudiant (maitrise de la théorie). Lors des séances, des exercices seront proposés et l'étudiant devra tenter de les résoudre de manière autonome. Ensuite, la résolution de chaque exercice sera présentée par l'assistant, qui répondra également aux questions des étudiants. Il est important que l'étudiant fasse régulièrement lui-même des exercices de manière entièrement autonome pour se préparer à l'examen.

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

L'examen est uniquement écrit et couvre toute la matière vue aux cours et aux séances d'exercices. L'examen est divisé en deux parties: questions à choix multiples couvrant principalement la théorie (50% de l’examen) et exercices à résoudre (50% de l’examen).

Ressources
en ligne

Les diapositives du cours et autres informations utiles sont disponibles sur Moodle. Pour la partie magnétisme, le cours théorique est également disponible sous forme de vidéos en ligne.

Bibliographie

Les ouvrages de base suivis dans le cours sont les livres de Physique de Harris Benson, édition De Boeck (1: Mécanique et 2: Electricité & magnétisme). Ces livres sont également utilisés dans les autres cours de physique du programme d'étude. Les diapositives du cours et notes complémentaires sur certaines parties, ainsi que des exercices et résolutions complémentaires sont mis à la disposition des étudiants via Moodle.
L'utilisation d'une calculatrice scientifique est requise pour les séances d'exercices et l'examen.

Faculté ou entité
en charge

AGRO