Ondes électromagnétiques




Dans cette section, le but est de vous faire comprendre l'origine des ondes éléctromagnétiques, et leur description.

Qu'est-ce qu'une onde?

Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?

Comment décrire une onde ?

Qu'est-ce qu'un photon ?

Quelles sont les différentes ondes électromagnétiques ?

On vous propose d'abord de vous familiariser avec la notion d'onde et des paramètres essentiels pour leur description:

Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?
: onde.mht

 

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: Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?
: OEM.mht

 

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: Comment décrire une onde ?


Caractéristiques :

- Fréquence : (nombre de vibrations par unité de temps)

- Période : T = 1 / :

- Longueur d’onde dans le vide : l= c. T = c / :

- Intensité énergétique : I = dΦ / dΩ (W/sd)

- Nombre d’onde : : = 1/ : = : / c (n’est plus utilisé)

Une OEM est dite monochromatique si elle est constituée d’ondes de même fréquence.

La traversée d’un milieu ne modifie pas sa fréquence mais sa vitesse donc sa longueur d’onde avec v = c / n (indice du milieu)

Dans le vide : v = 1 / εo.μo = c

εo : permittivité électrique absolue (8,84.10-12 SI)

μo : perméabilité magnétique absolue (1,26.10-6 SI)

Dans la matière : v = 1 / ε.μ = c/ εr.μr εr = ε/εo μr = μ/μo

L’indice du milieu est défini par sa permittivité électrique relative εr et sa perméabilité magnétique relative μr

D’où n = εr . mμ

En général on a n ³ 1 donc on a v < c

La vitesse de propagation d’une OEM diminue dans un milieu / vide

Vide n =1 Eau n =1,33

Air n = 1,0003 Verre n = 1,5 à 1,7


 

Qu'est-ce qu'un photon ?

On a vu que les ondes électromagnétiques sont des ondes mais certaines propriétés des ondes semble évoquer une nature corpusculaire des ondes électromagnétiques.
Au cours de l'histoire, les scientifiques ont oscillé entre la nature corpusculaire (jusqu'au XIX) et la nature ondulatoire.

La mécanique quantique a tranché, toute particule peut être vue sous un double aspect.

Le Photon est une particule d'énergie électromagnétique. L'onde éléctromagnétique est donc un flux discontinu de paquets d'énergie.

La quantité élémentaire d'énergie est donnée par E = h.: (en Joule)
h est la constante de Planck (6,62.10-34 J.s)



Mise en évidence du caractère corpusculaire

Effet photoélectrique (expérience d’Einstein)

Un rayonnement monochromatique de fréquence n orienté sur une plaque métallique (Zn) arrache les électrons des couches atomiques ayant une énergie proche de celle du rayonnement.

La présence des électrons est démontrée par la mesure d’un courant

L’utilisation des UV est montrée en interposant une vitre qui les arrête.



Effet Compton

Un photon qui frappe un électron libre (ou faiblement lié) va subir une déviation (diffusion) avec une perte d’énergie tandis que l’électron est chassé.

Le photon a une masse nulle.
La dualité onde-particule est résolue par la formule de Broglie qui associe longueur d'onde et masse par la quantité de mouvement p

: = h / m . vitesse = h / p
avec une masse relativiste m = mo .

Ainsi l'OEM peut être caractérisée par une masse.
Et une particule comme l'e- par une longueur d'onde



Classification des OEM

Pour les rayonnements peu énergétiques (ondes radio et micro-ondes) seul l’aspect ondulatoire est intéressant

Pour les rayonnements très énergétiques (Rayons X et g), les longueurs d’ondes sont très petites et on utilise surtout l’énergie donc l’aspect corpusculaire

 

Quelles sont les différentes ondes électromagnétiques


 

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