Onde électromagnétique 20408 31702442 2008-07-19T11:28:50Z Sherbrooke 18624 Raccourcir. L''''onde électromagnétique''' est un modèle utilisé pour représenter les [[Rayonnement électromagnétique|rayonnements électromagnétiques]]. Elle est associée à la notion de [[photon]]. Il convient de bien distinguer : * le rayonnement électromagnétique, qui est le phénomène étudié, et * l'onde électromagnétique, qui est une des représentations du phénomène. Une onde lumineuse est une onde électromagnétique dont la longueur d'onde correspond au [[spectre visible]], soit entre 380 et 780 nm soit 1.5 à 3 eV. == Description == Comme toutes les [[onde]]s, une onde électromagnétique peut s'analyser en utilisant l'[[analyse spectrale]] ; on peut décomposer l'onde en ondes dites « monochromatiques » (voir aussi ''[[Spectre d'ondes planes]]''). [[Image:Onde electromagnetique.svg|thumb|left|400px|onde électromagnétique : oscillation couplée du champ électrique et du champ magnétique, modèle du dipôle vibrant (Le trièdre (<math>\vec{k}</math>,<math>\vec{E}</math>,<math>\vec{B}</math>) doit être direct)]] Une onde électromagnétique monochromatique peut se modéliser par un [[dipôle électrostatique]] vibrant, ce modèle reflétant convenablement, par exemple, les oscillations du nuage électronique d'un atome intervenant dans la [[diffusion Rayleigh]] (modèle de l'électron élastiquement lié). Les variations des champs électrique et magnétique sont liées par les [[équations de Maxwell]], on peut donc représenter l'onde par un seul de ces champs, en général le champ électrique. On peut alors écrire l'équation générale d'une '''onde plane monochromatique''' : : <math>\vec{E}(\vec{r},t) = \cos(\omega t - \vec{k} \cdot \vec{r} + \varphi) \cdot \vec{E}_0</math> où * <math>\omega </math> est la pulsation et vaut <math>\frac{2 \pi c}{\lambda}</math> * <math>\vec{r}</math> est le vecteur position du point considéré, * <math>\vec{k}</math> est le [[vecteur d'onde]] dont la norme vaut <math>\frac{2\pi}{\lambda}</math> <ref>ce vecteur est parfois défini par 1/λ, l'équation de l'onde est alors<br /> <math>\vec{E}(\vec{r},t) = \cos(\omega t - 2\pi \vec{k} \cdot \vec{r} + \varphi) \cdot \vec{E}_0</math></ref>, <math>\lambda</math> étant la [[longueur d'onde]] ; * <math>\varphi</math> est la [[Phase (onde)|phase]] à l'origine. On utilise aussi fréquemment la forme [[nombre complexe|complexe]] : : <math>\vec{E}(\vec{r},t) = e^{i \cdot (\omega t - \vec{k} \cdot \vec{r} + \varphi)} \cdot \vec{E}_0</math> On obtiendra alors les grandeurs physiques, réelles, en prenant la partie réelle de cette forme complexe. == Propriétés == === [[Polarisation (optique)|Polarisation]] === La polarisation correspond à la direction et à l'amplitude du champ électrique <math>\vec{E}</math>. Pour une onde non polarisée, ou naturelle, <math>\vec{E}</math> tourne autour de son axe de façon aléatoire et imprévisible au cours du temps. Polariser une onde correspond à donner une trajectoire définie au champ électrique. Il y a plusieurs sortes de polarisation: * La polarisation linéaire quand <math>\vec{E}</math> reste toujours dans le même plan. * La polarisation circulaire, le champ magnétique tourne autour de son axe en formant un cercle. * La polarisation elliptique, le champ magnétique tourne autour de son axe et change d'amplitude pour former une ellipse. === Comportement ondulatoire === ; Propagation : Dans un milieu homogène et [[isotrope]], l'onde électromagnétique se propage en ligne droite. Lors de la rencontre avec un obstacle, il y a diffraction ; lors d'un changement de milieu, il y a réflexion et réfraction, il y a aussi réfraction si les propriétés du milieu changent selon l'endroit (hétérogénéité). Voir aussi ''[[Principe de Huygens-Fresnel]]''. ; [[Réflexion optique|Réflexion]] : Lors d'un changement de milieu de propagation, une partie de l'onde électromagnétique repart vers le milieu d'origine, c'est la réflexion. : Le cas le plus connu de la réflexion est le [[miroir]], mais celle-ci concerne également les rayons X ([[miroir à rayons X]]) et les ondes radio : [[Propagation des ondes radio#Réflexion des ondes radio|réflexion sur la ionosphère des ondes mégahertz]], [[antenne parabolique]], [[Earth-Moon-Earth|réflexion sur la Lune]]… ; [[Réfraction]] : Lors d'un changement de milieu de propagation, si le second milieu est transparent pour l'onde, celle-ci se proprage dans le second milieu mais avec une direction différente. Cela concerne la lumière ([[lentille optique]], [[mirage]]), mais aussi les ondes radio ([[Propagation des ondes radio#Réfraction des ondes radio|réfraction des ondes décamétriques dans la ionosphère]]). ; [[Diffusion des ondes|Diffusion]] : Lorsqu'une onde rencontre un atome, elle se diffuse sur celui-ci, elle change de direction. On distingue la [[diffusion Rayleigh]], dite « diffusion électronique », au cours de laquelle l'onde ne change pas de longueur d'onde, la [[diffusion Raman]] qui est une diffusion électronique avec diminution ou augmentation de longueur d'onde, et la [[diffusion Compton]], dans le cas des rayons X diffusant sur des atomes légers, au cours de laquelle la longueur d'onde augmente. ; [[Interférence]]s : Comme toutes les ondes, les ondes électromagnétiques peuvent interférer. Dans le cas des [[radiocommunication]]s, cela provoque un parasitage du signal (voir aussi ''[[Rapport signal sur bruit]]''). ; [[Diffraction]] : L'interférence d'ondes diffusées porte le nom de diffraction : :* [[théorie de la diffraction]] ; :* [[diffraction par une fente]] ; :* [[fentes de Young]] ; :* [[réseau de diffraction]] ; :* [[diffraction de rayons X]] ; :* [[espace réciproque]]. ; [[Flux]] d'énergie : Le flux d'énergie à travers une surface est donné par le flux du [[vecteur de Poynting]]. === [[Dualité onde-particule|Dualité onde-corpuscule]] === La notion d'onde électromagnétique est complémentaire de celle de photon. En fait, l'onde fournit une description plus pertinente de la radiation pour les faibles fréquences (c'est-à-dire les grandes longueurs d'onde) comme les ondes radio. En fait, l'onde électromagnétique représente deux choses : * la variation macroscopique du [[champ électrique]] et du [[champ magnétique]] ; * la [[fonction d'onde]] du photon, c'est-à-dire que la norme au carré de l'onde est la probabilité de présence d'un photon. Lorsque le flux d'énergie est grand devant l'énergie des photons, on peut considérer que l'on a un flux quasi-continu de photons, et les deux notions se recouvrent. Ceci n'est plus vrai lorsque le flux d'énergie est faible (on envoie les photons un par un), la notion de « variation macroscopique » (moyenne) n'a alors plus de sens. Le [[flux]] d'énergie est donné par le [[vecteur de Poynting]]. Chaque photon « emporte » une quantité d'énergie déterminée, valant ''E'' = ''h''·ν, ''h'' étant la [[constante de Planck]] et ν la fréquence. On peut ainsi calculer le flux de photons à travers une surface. == Historique == La théorie ondulatoire de la lumière a été principalement développée par [[Christiaan Huygens]] dans les [[années 1670]], et par [[Augustin Fresnel]]. Elle s'opposait à l'époque à la théorie corpusculaire, défendue principalement par [[René Descartes]]. Huygens travaillait principalement sur les lois de [[Réflexion (optique)|réflexion]] et de [[réfraction]], Fresnel développa notamment les notions d'[[interférence]] et de [[longueur d'onde]]. Les approches ondulatoires et corpusculaires furent réunies par [[Albert Einstein]] lorsque celui-ci établit le modèle du [[photon]] en [[1905]], dans ses travaux sur l'[[effet photo-électrique]]. La grande avancée théorique fut la synthèse des lois de l'électromagnétisme par [[James Clerk Maxwell]]. Les [[équations de Maxwell]] prédisaient la vitesse des ondes électromagnétiques, et la mesure de la [[vitesse de la lumière]] démontra que la lumière était de nature électromagnétique. Les [[radioélectricité|ondes radio]], à basse fréquence et grande longueur d'onde, furent découvertes à la fin du {{XIXe siècle}} avec les travaux notamment d'[[Alexandre Popov (physicien)|Alexandre Popov]], [[Heinrich Rudolf Hertz|Heinrich Hertz]], [[Édouard Branly]] et de [[Nikola Tesla]]. Les [[rayons X]], à haute fréquence et faible longueur d'onde, furent découverts par [[Wilhelm Röntgen]] en [[1895]]. == Notes == <references /> == Voir aussi == {{Wikiversity|Onde électromagnétique}} * [[Spectre électromagnétique]] * [[Sensibilité électromagnétique]] * [[Propagation des ondes radio]] {{Portail physique}} [[catégorie:électromagnétisme]] [[catégorie:optique ondulatoire]] [[ar:موجة كهرومغناطيسية]] [[zh-min-nan:Tiān-chû-pho]] [[bs:Elektromagnetno zračenje]] [[bg:Електромагнитно излъчване]] [[ca:Radiació electromagnètica]] [[cs:Elektromagnetické záření]] [[da:Elektromagnetisk stråling]] [[de:Elektromagnetische Welle]] [[el:Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία]] [[en:Electromagnetic radiation]] [[es:Radiación electromagnética]] [[eo:Elektromagneta ondo]] [[eu:Erradiazio elektromagnetiko]] [[gl:Radiación electromagnética]] [[gu:વિદ્યુત-ચુંબકીય તરંગો]] [[ko:전자기파]] [[hr:Elektromagnetno zračenje]] [[id:Radiasi elektromagnetik]] [[is:Rafsegulgeislun]] [[it:Radiazione elettromagnetica]] [[he:קרינה אלקטרומגנטית]] [[lt:Elektromagnetinė banga]] [[li:Elektromagnetische straoling]] [[jbo:dicmakseldi'e]] [[hu:Elektromágneses hullám]] [[nl:Elektromagnetische straling]] [[ja:電磁波]] [[no:Elektromagnetisk stråling]] [[nn:Elektromagnetisk stråling]] [[pl:Promieniowanie elektromagnetyczne]] [[pt:Radiação electromagnética]] [[ro:Radiaţie electromagnetică]] [[ru:Электромагнитное излучение]] [[simple:Electromagnetic radiation]] [[sk:Elektromagnetické žiarenie]] [[sl:Elektromagnetno valovanje]] [[sr:Електромагнетно зрачење]] [[sh:Elektromagnetsko zračenje]] [[fi:Sähkömagneettinen säteily]] [[sv:Elektromagnetisk strålning]] [[vi:Bức xạ điện từ]] [[tr:Elektromanyetik ışın]] [[uk:Електромагнітна хвиля]] [[zh-yue:電磁波]] [[zh:电磁波]]