La méthode des différences finies appliquée à l'étude de
la cartographie du potentiel électrique au sein d'un électrolyte.

1. Le problème posé.

1.1. Schéma du montage.

Cuve électrolytique simple.

        • Une cuve carrée dont le coté est de longueur L, en matière plastique, contient un électrolyte de conductivité `sigma`.
        • Une électrode (anode) rectiligne portée au potentiel VA , plonge dans l'électrolyte à l'abscisse x = 0.
        • Une électrode (cathode) rectiligne portée au potentiel VC , plonge dans l'électrolyte à l'abscisse x = L.
        • La différence de potentiel VA - VC = UCC est maintenue constante par un générateur de tension continue.

1.2. L'étude.

        • On souhaite obtenir la cartographie du potentiel électrique, au sein de l'électrolyte.
        • On fait l'hypothèse que la hauteur de l'électrolyte est "faible" de manière à ramener le problème à deux dimensions, suivant l'abscisse x et l'ordonnée y.

1.3. Les équations de la physique.

1.3.1. Les hypothèses.

        • Le courant par unité de surface `vec j` au sein de l'électrolyte est lié au champ électrique `vec E` qui y règne par la relation : `vec j = sigma vec E` où `sigma` désigne la conductivité de l'électrolyte.
        • Le courant I qui circule dans l'électrolyte est continu, aussi vérifie-t-il la relation : `"div"(vec j) = 0`.
        • Or : `vec j = sigma vec E`, d'où `"div"(sigma vec E) = 0` ; on fait l'hypothèse que `sigma` ne dépend pas des coordonnées de position, il vient alors : `"div"(vec E)= 0`.

1.3.2. Équation de POISSON.

        • Le champ électrique `vec E` dérive du potentiel scalaire `V` qui règne au sein de l'électrolyte, et on écrit : `vec E = - vec "grad" (V)`.
        • Or : `"div"(vec E)=0`, il vient `"div"(-vec "grad" (V))=0`, soit ` -DeltaV=0`, où `Delta` désigne le LAPLACIEN ; on obtient l'équation de POISSON : `color(navy) (DeltaV=0)`.
        • Nous avons fait l'hypothèse que le problème est à deux dimensions, nous devons donc résoudre : `color(navy) ((del^2V)/(delx^2)+(del^2V)/(dely^2)=0)`.

1.3.3. Conditions aux limites.

1.3.3.1. Les électrodes constituent des lignes équipotentielles.

        • Pour `x=0` on peut écrire  : `V(0,y) = V_A , AA  y in [0,L]`.
        • Pour `x=L` on peut écrire  : `V(L,y) = V_C , AA  y in [0,L]`.

1.3.3.2. Les lignes de courant sont tangentes aux bords libres de la cuve électrolytique.

        • La cuve contenant l'électrolyte constitue un tube de courant limité par les bords libres de cette même cuve.
        • Aussi pour `y=0, AA  x in[0,L]` , on peut écrire : `j_y=0 rArr E_y=0`, avec `vec E = -vec "grad" (V)` , il vient : `((delV)/(dely))_(x,0)=0`.
       • De même, pour `y=L, AA  x in[0,L]` , on peut écrire : `j_y=0 rArr E_y=0`, avec `vec E = -vec "grad" (V)` , il vient : `((delV)/(dely))_(x,L)=0`.

2. Résolution du problème par la mise en œuvre de la méthode des différences finies.

2.1. Maillage de la cuve électrolytique.

Remarque :  La cuve électrolytique est un carré dont le coté est de longueur L.
        • Suivant l'abscisse x, on divise le coté de longueur L en NMax intervalles.
                  - L'extension d'un intervalle suivant les abscisses est donc : `Deltax = L/(N_(Max))`.
                  - Un point d'abscisse `x` est repéré par l'index `i` tel que : `x=x_i` avec `x_i=i Delta x` où `i in [0,N_(Max)]`.
        • Suivant l'ordonnée y, on divise le coté de longueur L en NMax intervalles.
                  - L'extension d'un intervalle suivant les ordonnées est donc : `Deltay = L/(N_(Max))`.
                  - Un point d'ordonnée `y` est repéré par l'index `j` tel que : `y=y_j` avec `y_j=j Delta y` où `j in [0,N_(Max)]`.
        • On observe ici que `Deltax=Deltay` , on note `Deltah` la valeur commune de l'extension d'un intervalle.

2.2. Écritures des équations de la physique mettant en œuvre la méthode des différences finies.

2.2.1. Les électrodes constituent des lignes équipotentielles.

        • Pour `i=0` on peut écrire  : `V(x_0,y_j)=V_A , AA  j in[0,N_(Max)]` ; soit encore :  `color(navy) (V_(0,j)=V_A , AA  j in[0,N_(Max)])`, où on a remplacé x0 par son index i=0, et où on a remplacé yj par son index j.
        • Pour `i=N_(Max)` on peut écrire  : `V(x_(N_(Max)),y_j)=V_C , AA  j in[0,N_(Max)]` ; soit encore :  `color(navy) (V_(N_(Max),j)=V_C , AA  j in[0,N_(Max)])`, où on a remplacé xNMax par son index i=NMax, et où on a remplacé yj par son index j.

2.2.2. Les lignes de courant sont tangentes aux bords libres de la cuve électrolytique.

        • Pour `j=0,  AA  i in[1,N_(Max)-1]` , on peut écrire : `((delV)/(dely))_(x_i,y_0)=0` .
                 -  Pour évaluer  : `((delV)/(dely))_(x_i,y_0)=0`, on calcule la dérivée "vers le haut"...
                 -  Il vient : `((delV)/(dely))_(x_i,y_0)=(V(x_i, y_0+Deltay)-V(x_i, y_0))/(Deltay)` ; ou `((delV)/(dely))_(x_i,y_0)=(V(x_i, y_(0+1))-V(x_i, y_0))/(Deltay)` .
                 -  Soit encore : `((delV)/(dely))_(x_i,y_0)=(V_(i,1)-V_(i,0))/(Deltay)` , avec `((delV)/(dely))_(x_i,y_0)=0`.
                 -  Il vient enfin : `color(navy) (V_(i,0)=V_(i,1), AA i in [1,N_(Max)-1])`.
NB : On fait l'hypothèse que l'on connaît `color(red) (V_(i,1))`.
        • Pour `j=N_(Max),  AA  i in[1,N_(Max)-1]` , on peut écrire `((delV)/(dely))_(x_i,y_(N_(Max)))=0` .
                 -  Pour évaluer  `((delV)/(dely))_(x_i,y_(N_(Max)))=0`, on calcule la dérivée "vers le bas"...
                 -  Il vient : `((delV)/(dely))_(x_i,y_(N_(Max)))=(V(x_i,y_(N_(Max))) - V(x_i,y_(N_(Max))-Deltay))/(Deltay)` ; ou `((delV)/(dely))_(x_i,y_(N_(Max)))=(V(x_i,y_(N_(Max)))-V(x_i,y_(N_(Max)-1)))/(Deltay)` .
                 -  Soit encore : `((delV)/(dely))_(x_i,y_(N_(Max)))=(V_(i,N_(Max))-V_(i,N_(Max)-1))/(Deltay)` , avec `((delV)/(dely))_(x_i,y_(N_(Max)))=0`.
                 -  Il vient enfin : `color(navy) (V_(i,N_(Max))=V_(i,N_(Max)-1), AA i in [1,N_(Max)-1])`.
NB : On fait l'hypothèse que l'on connaît `color(red) (V_(i,N_(Max)-1))`.
Remarque : Nous avons remplacé les dérivées partielles par des différences finies...

2.2.3. On écrit l'équation de POISSON.

        • On calcule tout d'abord : `((del^2V)/(delx^2))_(x_i,y_j)` ; soit `((del((delV)/(delx)))/(delx))_(x_i,y_j)`.
                 -  On calcule la dérivée première, partielle, centrée : `((delV)/(delx))_(x_i,y_j)` ; il vient : `((delV)/(delx))_(x_i,y_j)=(V(x_i+(Deltax)/2,y_j)-V(x_i-(Deltax)/2,y_j))/(Deltax)`.
                 -  On calcule la dérivée seconde, partielle, centrée : `((del((delV)/(delx)))/(delx))_(x_i,y_j)` ;  il vient : `((del((delV)/(delx)))/(delx))_(x_i,y_j)=((V(x_i+Deltax,y_j)-V(x_i,y_j)-V(x_i,y_j)+V(x_i-Deltax,y_j))/(Deltax))/(Deltax)`
                 -  Soit encore : `((del^2V)/(delx^2))_(x_i,y_j)=(V(x_i+Deltax,y_j)-V(x_i,y_j)-V(x_i,y_j)+V(x_i-Deltax,y_j))/(Deltax^2)`.
        • On peut alors écrire : `color(navy) (((del^2V)/(delx^2))_(x_i,y_j)=(V_(i+1,j)-2V_(i,j)+V_(i-1,j))/(Deltax^2))`.
        • On écrirait de même : `color(navy) (((del^2V)/(dely^2))_(x_i,y_j)=(V_(i,j+1)-2V_(i,j)+V_(i,j-1))/(Deltay^2))`.
        • On écrit l'équation de POISSON: `((del^2V)/(delx^2))_(x_i,y_j)+((del^2V)/(dely^2))_(x_i,y_j)=(V_(i+1,j)-2V_(i,j)+V_(i-1,j))/(Deltax^2)+(V_(i,j+1)-2V_(i,j)+V_(i,j-1))/(Deltay^2)`.
        • Ici : `Deltax =Deltay=Deltah`, et `((del^2V)/(delx^2))_(x_i,y_j)+((del^2V)/(dely^2))_(x_i,y_j)=0`.
        • Alors : `(V_(i+1,j)-2V_(i,j)+V_(i-1,j)+V_(i,j+1)-2V_(i,j)+V_(i,j-1))/(Deltah^2)=0`.
        • D'où : `color(navy) (V_(i,j)=(V_(i+1,j)+V_(i-1,j)+V_(i,j+1)+V_(i,j-1))/4)`, avec `color(navy) (i in[1,N_(Max)-1])` et `color(navy) (j in[1,N_(Max)-1])`.

2.3. Algorithme de résolution du problème.

        • Les conditions initiales sont données par : `V_(0,j)=V_A , AA  j in[0,N_(Max)]`, et `V_(N_(Max),j)=V_C , AA  j in[0,N_(Max)]`.
        • Pour `i in[1,N_(Max)-1]` et `j in[0,N_(Max)]`,  on initialise `V_(i,j)` à `V_(i,j)=(V_A + V_C)/2`.
        • Dans une boucle que l'on répétera un "certain nombre de fois"... on calcule :
                   `V_(i,0)=V_(i,1), AA i in [1,N_(Max)-1]`.
                   `V_(i,N_(Max))=V_(i,N_(Max)-1), AA i in [1,N_(Max)-1]`.
                   `V_(i,j)=(V_(i+1,j)+V_(i-1,j)+V_(i,j+1)+V_(i,j-1))/4` pour `i in[1,N_(Max)-1]` et `j in[1,N_(Max)-1]`.
Remarque : Dans le cas de l'équation de POISSON, le procédé de calcul converge toujours...

2.4. Résultats graphiques dans le cas de la cuve électrolytique homogène.

2.4.1. Le potentiel vu comme une surface.

        • Nous représentons le potentiel `V=V(x,y)`, ce qui revient à représenter une surface dans un espace à trois dimensions, `V(x,y)` s'identifie alors avec la cote `z`, soit `V(x,y) hArr z`.
        • Le domaine dans lequel les variables `x` et `y` prennent leurs valeurs est constitué par le carré qui délimite la cuve électrolytique ; cependant ce sont les équations de la physique qui contraignent la "forme" que prendra de la surface représentative de `V(x,y)`.
Remarque : On donne `V_A-V_C= 10` V, le coté du carré délimitant la cuve électrolytique est découpé en  `N_(Max)=50` parties égales.
                   - Ici on substitue à l'abscisse x=xi son index i, et on substitue à l'ordonnée y=yj son index j...

Potentiel V(x,y) cas de l'électrolyte homogène.

Remarque : Figure tracée à l'aide du logiciel gnuplot®.
        • Le potentiel `V(x,y)` décroît linéairement suivant l'abscisse `x`, mais il ne varie pas avec l'ordonnée `y`. Le résultat n'est pas surprenant dans la mesure où nous avons affaire à un électrolyte homogène, confiné dans une cuve électrolytique de géométrie simple.
        • Il est intéressant d'observer le fonctionnement de l'algorithme mettant en œuvre la méthode des différences finies, aussi je vous renvoie vers l'animation...

2.4.2. Tracé des lignes équipotentielles.

        • On cherche à déterminer le lieu des points de la cuve électrolytique dont le potentiel a une valeur donnée constante ; c'est ce que l'on fait de manière expérimentale. On néglige la hauteur de l'électrolyte, c'est pourquoi  nous ne décrivons le potentiel que suivant l'abscisse `x` et l'ordonnée `y`.
        • Ici on substitue à l'abscisse x=xi son index i, et on substitue à l'ordonnée y=yj son index j...

Lignes équipotentielles, cuve électrolytique homogène.

Remarque : Figure tracée à l'aide du logiciel gnuplot®.
        • Le résultat n'est pas surprenant ici, les lignes équipotentielles sont parallèles aux deux électrodes, une fois encore, nous avons affaire à un électrolyte homogène, confiné dans une cuve électrolytique de géométrie simple.
        • On peut décrire ces lignes équipotentielles par l'équation : `V(x_i,y_j)=V_(i,j)`  avec,  `V_(i,j)=((V_A - V_C))/50 (50-i)`, `i in [0,50]`  `AA j in [0,50]`.

2.5. Mise en œuvre pratique de la méthode des différences finies pour la cuve électrolytique homogène.

        • Nous devons développer un programme qui met en œuvre l'algorithme décrit au paragraphe 2.3. .
        • L'idée est de créer un tableau à deux "dimensions" contenant `(N_(Max) +1)^2` cellules que l'on adresse grâce aux deux index i et j ; chaque cellule contient la valeur correspondante de `V_(i,j)`.
        • Je vous propose de consulter un document html que j'ai rédigé à votre intention et qui traite de la "Mise en œuvre pratique de la méthode des différences finies pour la cuve électrolytique homogène", rendez-vous à la page "MDFPOT"...

3. Étude d'une deuxième configuration.

3.1. Schéma du montage.

Cuve électrolytique modifiée.

        • Une cuve carrée dont le coté est de longueur L, en matière plastique, contient un électrolyte de conductivité `sigma`.
        • Une électrode (anode) rectiligne portée au potentiel VA , plonge dans l'électrolyte à l'abscisse x = 0.
        • Une électrode (cathode) rectiligne portée au potentiel VC , plonge dans l'électrolyte à l'abscisse x = L
        • La différence de potentiel VA - VC = UCC est maintenue constante par un générateur de tension continue.
        • On introduit au centre de la cuve, une plaque métallique de "faible" épaisseur, de forme carrée, dont le coté est de longueur l, le métal a une conductivité `sigma_m`.

3.2. L'étude.

        • On souhaite obtenir la cartographie du potentiel électrique, au sein de l'électrolyte désormais "perturbé"...
        • On fait l'hypothèse que la hauteur de l'électrolyte est "faible", que l'épaisseur de la plaque métallique est également "faible", de manière à ramener le problème à deux dimensions, suivant l'abscisse x et l'ordonnée y.

3.3. Les équations de la physique.

3.3.1. Ce qui est acquis.

        • Les équations établies pour la cuve électrolytique homogène restent bien entendu valables.
        • En particulier :
                - Les électrodes constituent des lignes équipotentielles :
                          • Pour `x=0`, on peut écrire :  `V(0,y) = V_A , AA  y in [0,L]`.
                          • Pour `x=L`, on peut écrire :  `V(L,y) = V_C , AA  y in [0,L]`.
                - Les lignes de courant sont tangentes aux bords libres de la cuve :
                          • Pour `y=0, AA  x in[0,L]`, on peut écrire : `((delV)/(dely))_(x,0)=0`.
                          • Pour `y=L, AA  x in[0,L]`, on peut écrire  : `((delV)/(dely))_(x,L)=0`.
                  - L'équation de POISSON est toujours vérifiée dans l'électrolyte : `DeltaV =0`.
        • En ce qui concerne l'équation de POISSON dans le métal, on pourrait démontrer que l'on vérifie encore : `DeltaV =0`.
                 - Soit : `(del^2V)/(delx^2)+(del^2V)/(dely^2)=0`.

3.3.2. Les équations de la physique concernant la plaque métallique.

        • L'intensité du courant électrique qui circule dans la plaque métallique est une fraction de l'intensité qui circule dans tous le dispositif, aussi le courant par unité de surface `color(navy) (vec j_m)` qui circule dans le métal a-t-il une valeur finie.
        • Le vecteur champ électrique dans le métal est donné par la relation `vec E_m= (vec j_m)/sigma_m`.
        • Hypothèse : Nous supposons que la conductivité `sigma_m` du métal est "très grande", soit  : `sigma_m -> oo`.
                 - Comme `vec E_m= (vec j_m)/sigma_m rArr vec E_m ->vec 0`, et nous écrivons `vec E_m = vec 0`.
                 - Le champ électrique `vec E_m` dérive du potentiel scalaire `V_m`.
                 - Il vient alors : `-vec "grad" (V_m) = vec 0` ; d'où `V_m = V_0`, où `V_0` est une constante.
                 - Le potentiel `color(navy) (V_m)` de la plaque métallique est constant.

3.4. Mise en œuvre de la méthode des différences finies.

3.4.1. Le maillage de la cuve électrolytique et de la plaque métallique.

        • Le maillage de la cuve électrolytique :
                 - Suivant l'abscisse x, on divise le coté de longueur L en NMax intervalles.
                          • L'extension d'un intervalle suivant les abscisses est donc : `Deltax = L/(N_(Max))`.
                          • Un point d'abscisse `x` est repéré par l'index `i` tel que : `x=x_i` avec `x_i=i Delta x` où `i in [0,N_(Max)]`.
                - Suivant l'ordonnée y, on divise le coté de longueur L en NMax intervalles.
                          • L'extension d'un intervalle suivant les ordonnées est donc : `Deltay = L/(N_(Max))`.
                          • Un point d'ordonnée `y` est repéré par l'index `j` tel que : `y=y_j` avec `y_j=j Delta y` où `j in [0,N_(Max)]`.
                          • Ici : `Deltax=Deltay` , on note `Deltah` la valeur commune de l'extension d'un intervalle.
        • Le maillage de la plaque métallique :
                - On choisit de diviser l'axe des abscisses et l'axe des ordonnées au pas  `Deltah`.
                          • Aussi le nombre d'intervalles sur chacun des cotés de la plaque métallique qui est un carré, sera-t-il égal à : `N_(m_(Max))=l/(Deltah)`.
                          • Un point de la plaque métallique d'abscisse `x` est repéré par l'index `i_m` tel que : `x=x_(i_m)` avec `x_(i_m)=i_m Delta h` où `i_m in [0,N_(m_(Max))]`.
                          •Un point de la plaque métallique d'ordonnée `y` est repéré par l'index `j_m` tel que : `y=y_(j_m)` avec `y_(j_m)=j_m Delta h` où `j_m in [0,N_(m_(Max))]`.

3.4.2. Écriture des équations de la physique mettant en jeu la méthode des différences finies.

        • Équation de la physique concernant la cuve électrolytique :
                 - Potentiel des électrodes :
                          • On écrit :  `color(navy) (V_(0,j)=V_A , AA  j in[0,N_(Max)])`, où on a remplacé x0 par son index i=0, et où on a remplacé yj par son index j.
                          • On écrit :  `color(navy) (V_(N_(Max),j)=V_C , AA  j in[0,N_(Max)])`, où on a remplacé xNMax par son index i=NMax, et où on a remplacé yj par son index j.
                 - Les lignes de courant sont tangentes aux bords libres de la cuve électrolytique :
                          • On écrit : `color(navy) (V_(i,0)=V_(i,1), AA i in [1,N_(Max)-1])`.
                          • On écrit : `color(navy) (V_(i,N_(Max))=V_(i,N_(Max)-1), AA i in [1,N_(Max)-1])`.
                 - Contrainte liée à l'équation de POISSON :
                          • On écrit : `color(navy) (V_(i,j)=(V_(i+1,j)+V_(i-1,j)+V_(i,j+1)+V_(i,j-1))/4)`, avec `color(navy) (i in[1,N_(Max)-1])` et `color(navy) (j in[1,N_(Max)-1])`.
        • Équation de la physique concernant la plaque métallique :
                 - On place la plaque métallique au centre de la cuve électrolytique :
                          • L'origine Om de la plaque métallique, par rapport à l'origine O de la cuve électrolytique a comme coordonnées, comptées en pas d'extension `Deltah` :
                                   - Suivant les abscisses : `(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2`.
                                   - Suivant les ordonnées : `(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2`.
                          • Aussi, pour la plaque métallique, les index prendront-ils comme valeurs en pas d'extension `Deltah` :
                                   - Pour `i_m` : `i_m in[(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2,(N_(Max)+N_(m_(Max)))/2]`.
                                   - Pour `j_m` : `j_m in[(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2,(N_(Max)+N_(m_(Max)))/2]`.
                          • Comme le potentiel de la plaque métallique est constant :
                                   - On écrit : `color(navy) (V_(i_m,j_m)=V_((N_(Max)-N_(m_(Max)))/2,(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2))`, avec `color(navy) (i_m in[(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2,(N_(Max)+N_(m_(Max)))/2])`, et `color(navy) (j_m in[(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2,(N_(Max)+N_(m_(Max)))/2])`.
Remarque : Implicitement, nous venons de donner l'algorithme de résolution du problème !

3.5. Algorithme de résolution du problème.

        • Les conditions initiales sont données par : `V_(0,j)=V_A , AA  j in[0,N_(Max)]`, et `V_(N_(Max),j)=V_C , AA  j in[0,N_(Max)]`.
        • Pour `i in[1,N_(Max)-1]` et `j in[0,N_(Max)]`,  on initialise `V_(i,j)` à `V_(i,j)=(V_A + V_C)/2`.
        • Dans une boucle que l'on répétera un "certain nombre de fois"... on calcule :
                   `V_(i,0)=V_(i,1), AA i in [1,N_(Max)-1]`.
                   `V_(i,N_(Max))=V_(i,N_(Max)-1), AA i in [1,N_(Max)-1]`.
                   `V_(i_m,j_m)=V_((N_(Max)-N_(m_(Max)))/2,(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2)`, avec `i_m in[(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2,(N_(Max)+N_(m_(Max)))/2]`, et `j_m in[(N_(Max)-N_(m_(Max)))/2,(N_(Max)+N_(m_(Max)))/2]`.
                   `V_(i,j)=(V_(i+1,j)+V_(i-1,j)+V_(i,j+1)+V_(i,j-1))/4` pour `i in[1,N_(Max)-1]` et `j in[1,N_(Max)-1]`.

3.6. Résultats graphiques dans le cas de la cuve électrolytique perturbée.

3.6.1. Le potentiel vu comme une surface.

        • Nous représentons le potentiel `V=V(x,y)`, ce qui revient à représenter une surface dans un espace à trois dimensions, `V(x,y)` s'identifie alors avec la cote `z`, soit `V(x,y) hArr z`.
        • Le domaine dans lequel les variables `x` et `y` prennent leurs valeurs est constitué par le carré qui délimite la cuve électrolytique ; cependant ce sont les équations de la physique qui contraignent la "forme" que prendra de la surface représentative de `V(x,y)`.
Remarque : On donne `V_A-V_C= 10` V ; le coté du carré délimitant la cuve électrolytique est découpé en  `N_(Max)=50` parties égales.
                   - Le coté du carré délimitant la plaque métallique est découpé en `N_(m_(Max))=10` parties égales.
                   - Ici on substitue à l'abscisse x=xi son index i, et on substitue à l'ordonnée y=yj son index j...

Potentiel V(x,y) cas de l'électrolyte perturbé.

Remarque : Figure tracée à l'aide du logiciel gnuplot®.
        • Le potentiel `V(x,y)` est fortement modifié par la présence de la plaque métallique qui apparaît ici sous la forme d'un carré dont le potentiel est constant (voisin ici de 8 volts) ; le potentiel `V(x,y)` varie maintenant en fonction de l'abscisse x et de l'ordonnée y.
        • Il est intéressant d'observer le fonctionnement de l'algorithme mettant en œuvre la méthode des différences finies, aussi je vous renvoie vers l'animation...

3.6.2. Tracé des lignes équipotentielles.

        • On cherche à déterminer le lieu des points de la cuve électrolytique dont le potentiel a une valeur donnée constante ; c'est ce que l'on fait de manière expérimentale. On néglige la hauteur de l'électrolyte, comme on néglige l'épaisseur de la plaque métallique, c'est pourquoi  nous ne décrivons le potentiel que suivant l'abscisse `x` et l'ordonnée `y`.
        • Ici on substitue à l'abscisse x=xi son index i, et on substitue à l'ordonnée y=yj son index j...

Lignes équipotentielles, cuve électrolytique perturbée.

Remarque : Figure tracée à l'aide du logiciel gnuplot®.
        • Les lignes équipotentielles ne sont pratiquement plus parallèles aux deux électrodes, elles sont fortement déformées par la présence de la plaque métallique.
        • L'équipotentielle "8 volts" épouse le contour de la plaque métallique.

3.7. Mise en œuvre pratique de la méthode des différences finies pour la cuve électrolytique perturbée.

        • Nous devons développer un programme qui met en œuvre l'algorithme décrit au paragraphe 3.5. .
        • L'idée est de créer un tableau à deux "dimensions" contenant `(N_(Max) +1)^2` cellules que l'on adresse grâce aux deux index i et j ; chaque cellule contient la valeur correspondante de `V_(i,j)`.
        • Je vous propose de consulter un document html que j'ai rédigé à votre intention et qui traite de la "Mise en œuvre pratique de la méthode des différences finies pour la cuve électrolytique perturbée", rendez-vous à la page "MDFPOT"...

4. Intérêt pratique et remerciements.

4.1. Intérêt pratique.

         • Grâce à la méthode des différences finies nous accédons de manière purement numérique à "l'expression" du potentiel électrique au sein de l'électrolyte.
         • Bien que cette représentation soit purement intellectuelle... nous pouvons justement représenter par une surface, le potentiel `V(x,y)`.
         • Ce qui est plus satisfaisant, c'est que l'on peut représenter les lignes équipotentielles au sein de l'électrolyte, et expérimentalement c'est une mesure parfaitement réalisable.
         • Il est délicat, voire difficile, d'intégrer des équations aux dérivées partielles, c'est pourquoi la méthode des différences finies peut être d'une aide précieuse.
         • Cependant, une fois encore, nous avons dû faire une analyse fine du système physique proposé pour conditionner convenablement les algorithmes de calcul, et nous avons fait "un peu de belle physique"...

4.2. Remerciements.

         • Cette page n'aurait pas pu être composée sans les "outils" fournis par AsciiMath, à l'URL : <http://asciimath.org/>.
         • Cette page a pu être développée et affichée correctement grâce à l'utilisation du réseau de distribution de contenu MathJax (CDN). Toute la documentation relative à MathJax est accessible à l'URL : <http://docs.mathjax.org/en/latest/index.html>.
         • Les graphes et les animations ont été tracés à l'aide du logiciel gnuplot®, dont la documentation est accessible à l'URL : <http://www.gnuplot.info/>.
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