La physique

Modèle d'onde pour le rayonnement électromagnétique


Vers 1860, Maxwell a développé quatre équations qui synthétisent essentiellement le comportement des phénomènes électriques et magnétiques.


Maxwell

Les équations de Maxwell suggèrent que le champ électrique et le champ magnétique se propagent simultanément. Ainsi, cet ensemble d'équations nous permet de faire quelques inférences, parmi elles:

  • un champ électrique variant dans le temps induit l'apparition d'un champ magnétique;
  • Un champ magnétique variant dans le temps induit l'apparition d'un champ électrique.

Par conséquent, si un champ électrique et un champ magnétique sont générés, les deux variables dans le temps, l'une pourra supporter l'existence de l'autre, de sorte que la coexistence et la propagation seront parfaitement possibles. Lors de la propagation, ces deux champs constituent le rayonnement électromagnétiquecomme les ondes radio, la lumière visible, les micro-ondes, les rayons X, etc.

En raison de leur comportement ondulatoire, le rayonnement électromagnétique est également appeléondes électromagnétiques (OEM). Heinrich Hertz a prouvé expérimentalement en 1887 l'existence d'OEM en générant et en détectant des ondes radio dans son laboratoire.


Heinrich Hertz

Selon la théorie de Maxwell pour l'électromagnétisme, les OEM sont produits par des charges électriques rapides. Un exemple de l'application de ce principe est les antennes de transmission radio, qui génèrent leurs ondes à partir d'électrons oscillants. Lors d'un déplacement de fréquencef, un électron (ou une particule chargée électriquement) émet un OEM dont la fréquence est égalementf.

Dans la figure ci-dessous, nous pouvons voir une représentation simplifiée de la façon dont une impulsion électromagnétique se propage - un OEM plat.

En plus de varier dans le temps, les champs électriques et magnétiques sont perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation.

Un OEM n'a pas besoin d'un support matériel pour se propager (comme des ondes mécaniques, par exemple). Par conséquent, il est possible qu'elle se propage dans le vide. La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide a été calculée par Maxwell avant même qu'il sache que la lumière était un OEM. L'expression mathématique qui nous donne la valeur de cette vitesse,c, est donnée par:

Où:

ε0= 8,85x10-12 F / m (permittivité électrique sous vide);

μ0= 4πx10-7 T.m / A (perméabilité magnétique au vide);

c = 2,99792x108 m / s (vitesse de la lumière).

Les résultats ci-dessus s'appliquent à la fois au vide et à l'air et coïncident avec la vitesse de la lumière obtenue expérimentalement dans l'air. Sur cette base, Maxwell a conclu que la lumière visible était également un OEM.

Surtout, les OEM n'interagissent pas avec les champs électriques et magnétiques qu'ils traversent. De cette façon, la lumière ne s'écarte pas lorsqu'elle passe à proximité d'un corps électrifié ou d'un pôle magnétique.