Interaction electromagnétique l'origine de son unification

[Floris]

Bonjours, d'après les travaux de Maxwell sur la force magnétique électrique et sur la lumière. D'une part, comment en est t'il arrivé à la conclusion que la force magnétique et électrique était le résultat d'une même force? Il est vrai qu'elles obéissent aux même lois par exemple la diminution de son intensité en fonction de la distance. Il a vu aussi que la variation d’un champ électrique créai un champ magnétique, mais peut t’on dire qu’il s’agisse d’une même force à proprement parlé ?
Merci a vous
-----

[deep_turtle]

Alors je vais répondre en 2 étapes à ta question.

1/ la force électrique et la force magnétique ne sont pas la même force, la première agit sur des charges électriques alors que la seconde agit sur des courants (c'est-à-dire sur des charges mais seulement si elles sont en mouvement).

2/ On dit que l'électromagnétisme unifie ces deux forces pour une raison que je vais illustrer par un exemple. Imagine une charge électrique immobile. Elle crée autour d'elle un champ électrique, et si on approche une autre charge elle ressentira une force d'attraction ou de répulsion. C'est la force électrique ou électrostatique.
Si maintenant je me place dans référentiel en mouvement par rapport à cette charge, par exemple je m'en approche, alors pour moi, cette charge est en mouvement, et elle crée un champ magnétique...
Cette expérience de pensée montre que le caractère "électrique" ou "magnétique" de la force dépend du référentiel dans lequel on se trouve, de notre mouvement par rapport aux sources.

Alors en fait, dans le cadre de la relativité restreinte, le champ électrique et le champ magnétique sont décrits par un même objet mathématique, un tenseur. Selon la manière dont on le regarde, en quelque sorte, on sera sensible à un caractère plutot électrique ou plutot magnétique.

[Floris]

Merci beaucoup pour ces explaction de plus très claires. Justement, j'ai posé cette question parce que je trouvai étrange que l'on dise qu'elle sont unifier. Maintentant je comprent beaucoup mieux pourquoi elle sont unifier par la relativité.
Maintenant, de la même magnière, pourquoi considère t'on la lumière comme une force? Cela provien t'il de la fameuse thèorie ondulatoire ou du moin de son comportement? Merci à vous

[deep_turtle]

Pour une première approche de ta question, tu peux aller voir cette discussion dans ce forum :
ici

[A voir en vidéo sur Futura]

[Floris]

La question que je souhaiterai poser, sachant que la lumière peut avoir des propriètées directionels, ainsi qu'elle a des points communs très raprochès avec le comportement d'une particule. Il me semble interessant de s'interesser réelement à la nature d'une particule ou d'un champs. Je pense que la lumière referme sur sa nature quelque chose de bien plus subtile qu'un champs... Il est est de même pour la matière.

[Floris]

Mais aparament je constate que se sujet n'interesse pas grand monde!

[deep_turtle]

Ne t'inquiète pas pour le monde, ça va et ça vient, sur le forum, il y a des heures pleines et des heures creuses !

La question que je souhaiterai poser, sachant que la lumière peut avoir des propriètées directionels, ainsi qu'elle a des points communs très raprochès avec le comportement d'une particule

Certes, mais avant d'aller plus loin, il faut garder à l'esprit qu'une onde peut avoir des propriétés directionnelles bien définies, elle peut aussi avoir une localisation spatiale bien marquée (cf les paquets d'onde).

Je pense que la lumière referme sur sa nature quelque chose de bien plus subtile qu'un champs... Il est est de même pour la matière.

Heu... oui, et tu n'es pas le seul à penser ça, en fait la lumière a, dans certaines conditions, un comportement ondulatoire, dans d'autres un comportement corpusculaire, historiquement le débat a fait rage pendant longtemps pour savoir ce que c'était exactement, et la mécanique quantique est venue trancher cette question au début du 20ème siècle. Ce n'est ni l'un ni l'autre finalement !

[Floris]

Merci deep_turtle. Cepandant, sans particule, je ne concoi pas qu'un champs de force puissa étre directionel, cert localisé, mais directionel ????? Comment??? Un soit disant champs directionel n'est t'il pas une particule. Une particule ne peu t'elle pas se comporter comme un champ à la fois ? Cela me semble possible. Enfin, ces la magnière dont je voi une particule.
Bien amicalement a toi
flo

[droupi]

Il faut sans doute préciser une certaine terminologie avant de pouvoir répondre à tes questions.
Tout d'abord comprendre qu'une particule, au sens strictement physique, est quelque chose de bien mystérieux, qui présente, comme déjà dit, 2 aspects, qui semblent mutuellement exclusifs, mais pourtant permettant ensemble de définir ce qu'est une particule : un corpuscule (ce que tu désignes par particule) et une onde.
Un champ, c'est encore autre chose, utilisé pour représenter dans un espace un potentiel de force par exemple, et n'est pas comme tu le dis directionnel.
Lorsque tu mets de la limaille de fer autour d'un aimant, tu vois "matérialement" par des lignes autour de l'aimant le champs magnétique, mais en chaque point, la force magnétique est bien avec une certaine direction et intensité (normale aux lignes de champs).
Représenter une particule par un corpuscule (point matériel) permet d'étudier son comportement en appliquant des outils mathématiques (différentiels, comme en mécanique classique), et par exemple, considérer des chocs élastiques, mais cela ne suffit pas pour conceptualiser toutes les propriétes d'un photon (et pour toute particule).
Représenter une particule par une onde permet de l'étudier avec des notions de fréquence et longueur d'onde comme pour la propagation du son dans l'air et à d'autres aspect pratiques ), mais cela ne suffit pas pour conceptualiser toutes les propriétes d'un photon (et pour toute particule).
Une particule est à la fois une onde et une particule, ou plutôt deux aspects simplifiés de quelque chose de plus complexe (la fonction d'onde de la mécanique quantique).
Pendant logntemps, les physiciens ont pour certains supposé que la lumière est un corpuscule, et d'autres une onde, avec chacun ses arguments. Einstein a tranché en disant que c'était les deux en expliquant l'effet photo-électrique (et a eu le prix Nobel pour cela).
Le fait que la lumière puisse arracher un électron à un atome, et que l'énergie cinétique de l'électron soit proportionnel à l'énergie de la lumière (du photon) est caractérisitique d'un corpuscule. Mais le fait que l'énergie d'un photon soit proportionnelle à sa fréquence est caractéristique d'une onde (E=hv).

[deep_turtle]

Merci Droupi pour les précisions.
Juste pour rebondir sur

Un soit disant champs directionel n'est t'il pas une particule

Non, par nécessairement? Quand tu allumes une lampe-torche, la lumière se dirige bien dans un direction donnée. Ceci peut être mis en évidence de plusieurs manière, par exemple en éclairant une plaque percée d'un trou, on voit que la lumière qui passe par le trou poursuit son chemin en ligne droite (pourvu que le trou ne soit pas trop petit, auquel cas le phénomène de diffraction devient important).
Les théories purement ondulatoires permettent tout à fait d'expliquer cette propagation rectiligne.

[droupi]

Tiens, justement, une question. Est-ce qu'une théorie purement ondulatoire permet d'expliquer le phénomène de diffraction ?

[deep_turtle]

Oui, l'électromagnétisme classique est un exemple parfait pour ça, et en fait je doute que qui que ce soit ait appris l'électromagnétisme autrement qu'avec les équations de Maxwell ! Historiquement, le phénomène de diffraction a fait pencher la balance ondulatoirre/corpuscule qu'on évoquait plus haut du côté ondulatoire.

[droupi]

Ben oui, mais j'ai justement aucun souvenir de cas de diffraction étudié. Bon, faut dire que ça date pas d'hier...

[Rincevent]

pour réviser la diffraction, tu peux regarder le chapitre 4 de ce cours (le reste étant pas mal intéressant aussi):

http://cel.ccsd.cnrs.fr/cours/cel-27/cel-27.html

[droupi]

OKAY ! Dès que j'ai un peu plus de temps, je m'y replonge.

[Floris]

Hé bien je vois, que ces fructueux cette discussion. Justement a propo de la fonction d'onde, ces drol, j'ai immaginé y a quelques temps comment pouvoir justement permettre d'expliquer que la lumière semble se comporter de la magnère d'une particule mais aussi de magnière ondulatoire. Cepandant je doute beaucoup sur celle ci car mon idée me semble tellement virtuel ou meme folle que je doute beaucoup. J'aimerai bien en parler mais bon je ne souhaite pas me faire traiter d'extraterestre. Justement, la chose qui me rend très joyeau ces qu'apparament il en a été théoriquement dit qu'un quantum de lumière apporte une quantité de mouvement à un électron, ces aussi ce que j'ai pu conclure avec mon idée. Cepandant avant de m'avencer je préfaire voir si je ne me suis pas embarquer dans un mauvai chemain. La quantité de mouvement donné varie en fonction de quoi? De l'intensité du rayonement ou de la longueurs d'onde? Je connai bien l'équation E=h.f mais je préfere étre sur de mes propos.
Bien amicalement a tous.

[.:Spip:.]

Salut

je crois mais je ne suis pas sur que justement, ce n'est pas en fonction de l'intensité qu'il y a variation dans l'esp pkotoelectrique de Einstein.

[Floris]

Moui moui moui, ces bien ce que je pensait avec mon idée que la longueurs d'onde va transmettre une fonction d'onde ou si je parle mal, une quantité de mouvement dont la nature va étre régit par la longueurs d'onde du rayonement incidant. Cepandant cela est bien joli, mais la question qui reste tout de même, l'intensité du rayonement vas interagit de quel nature dans le phènomène. Pardonnez moi pour mon langage farfelu, mais je doit faire vite...
Amicalement a tous

[deep_turtle]

La quantité de mouvement d'un photon, associé à une onde de longueur d'onde lambda est p=h/lambda ou h est la constante de Planck. L'intensité du rayonnement est proportionnelle au nombre de photons présents. Plus l'intensité est élevée, plus l'onde va pouvoir agir un grand nombre de fois avec un électron, et donc plus l'électron va pouvoir gagner de la quantité de mouvement.

Une petite remarque, pas besoin de photons ou de recourir à la mécanique quantique pour expliquer tout ça, l'électromagnétisme classique (celle des équations de Maxwell) montre que l'onde électromagnétique classique transporte de la quantité de mouvement (et aussi du moment cinétique, d'ailleurs). Ce qu'apporte la notion de photon, c'est que la quantité de mouvement échangée avec une particule est nécessairement un multiple de h/lambda, i.e. c'est quantifié.

[Floris]

Merci deep_turtle pour ton aide.

Pourrai tu me dire exactement ce que signifie p ?? En quel unité se mesure t'elle??? Enfin tu voi ma question ?

Mais une question, connaissant l'histoire des niveau d'énergies... Commen expliquer que la quantité de mouvement n'influ pas par exemple sur l'émission d'un électron lors d'une exposition a des radiation. Si la longueurs d'onde ainsi que l'intensité on des résultats en sommes comuns, cette fameuse quantité de mouvement.

J'aispaire que ma question n'est pas trop insensé ou que je me suis mal exprimer. Bien amicalement a tous

[droupi]

Plus l'intensité est élevée, plus l'onde va pouvoir agir un grand nombre de fois avec un électron, et donc plus l'électron va pouvoir gagner de la quantité de mouvement.

L'intensité du courant électrique est proportionnel à l'intensité du rayonnement. Et la fréquence proportionnel à la quantité de mouvement de l'électron. Un photon intéragit avec un et un seul (au plus) électron.

[droupi]

Mais une question, connaissant l'histoire des niveau d'énergies... Commen expliquer que la quantité de mouvement n'influ pas par exemple sur l'émission d'un électron lors d'une exposition a des radiation. Si la longueurs d'onde ainsi que l'intensité on des résultats en sommes comuns, cette fameuse quantité de mouvement.

C'est dûr de te comprendre quant tu ne finis pas tes phrases...
Il faut une certaine énergie En, pour que le photon arrache l'électron (en raison de son niveau d'énergie En). Ainsi en-dessous d'une certaine fréquence Fn, il ne se passe rien. Au-dessus, pour une fréquence Fm > Fn, l'excédent d'énergie est communiqué à l'électron sous forme d'énergie cinétique (je le répète) 1/2mv^2= Em-En = h(Fm-Fn). Quant à l'intensité du courant électrique (le nombre d'électrons arrachés), il est proportionnel à la puissance du rayonnement incident, et donc au nombre de photons (qui n'a pas d'incidence sur la quantité de mouvement des électrons arrachés).

[deep_turtle]

L'intensité du courant électrique est proportionnel à l'intensité du rayonnement.

Heu... C'est pas de ça que je parlais, dans mon cas il n'y avait pas de courant électrique, je parlais de l'influence d'une intensité lumineuse sur la quantité de mouvement de cette onde lumineuse peut fournir à un électron. Un électron peut agir plusieurs fois avec une onde lumineuse (avec plusieurs photons si tu veux), c'est pourquoi l'effet est d'autant plus grand que l'intensité lumineuse l'est aussi. Je ne fais pas spécialement référence à l'effet photo-électrique (j'imagine que c'est au courant électrique qu'on observe dans l'effet photo-électrique que tu fais allusion ?). En fait, tu à l'air de te placer implicitement dans le cadre de cette expérience, alors que je n'ai pas l'impression que c'était la question de départ (certes lephysicien en a parlé dans sa réponse mais pas floris). J'ai peut-être mal compris...

Pourrai tu me dire exactement ce que signifie p ?? En quel unité se mesure t'elle???

p dans ma phrase c'était la quantité de mouvement, justement, elle se mesure en kg.m/s en unités du système international.

[droupi]

Certes, certes. Mais c'est un peu compliquer les choses sur des considérations sur une particule... Enfin, peut-être que j'ai mal considérer les questions de floris.

[Floris]

Merci a tous pour vos réponces très enrichissantes. Cepandant avant de continuer, j'aimerai revenir a cette quantité de mouvement? Il s'agit bien d'une distance non? Tu a dit monsieur deep turlte dans l'équation kg fois ma masse divisé par s seconde ??? Et aussi je ne suis pas sur que j'au du bien comprendre parce que Kg fois la masse ces la meme chose???? que signifi m ????

[Floris]

Aussi, si j'ai bien comprit vos comentaires!!! La fréquence du rayonement incident va étre proportionel a la quantité de mouvement. J'ai aussi pensé dans mon idée que l'intensité avait une influhence sur la quantité de mouvement induit à l'électron. Cepandant là les choses se complique. L'intensité est indépendante du temps lors du phènomène, contrairement à l'onde qui elle à une référence temporel. Enfin je vai m'aretter la sa sera plus sage, ja vais dabord attendre la réponce a ma précédente question. Enfin je ne veux pas vous dérenger parceque j'ai l'hhabitude de me faire renvoyer sur les roses.

[invitef6a8dd1c]

Pour ce qui est de la quantité de mouvement, elle correspond au produit de la masse par la vitesse, pas à une distance: p = mv.
Il s'agit de la quantité qui varie lorsqu'une force est appliquée à la masse: en général, lorsqu'on applique une force à une masse m, on écrit F = ma, où a est l'accélération de la masse (soit a = dv/dt).
On peut donc écrire encore: F = m.dv/dt.
Dans cette expression, on considère m comme constante, et on a m.dv/dt = d(mv)/dt = dp/dt.
On peut alors écrire F = dp/dt, qui est une formulation plus juste, même si la masse m varie.

Geoffrey

[.:Spip:.]

L'intensité est indépendante du temps lors du phènomène, contrairement à l'onde qui elle à une référence temporel.

Salut

Je suis peut etre a coté mais l'intensité de la lumiere est dependant du temps. En effet, elle se mesure en candela qui est l'intensité d'un rayonnement monochromatique de freqence 512* 10^12 Hertz.

la frequence f= 1/t , t c'est de la durée!!!

A moi que je n'ai exclut un phenomene, ou un fait.... ce qui est possible

@+

[deep_turtle]

:confused:
Heu... non, l'intensité d'un rayonnement ne dépend pas nécessairement du temps, et il existe des sources qui émettent une intensité constante (aux inévitables fluctuations statistiques près, mais ce n'est pas de cela que l'on parle, n'est-ce pas ?).

Et quant à f=1/t, c'est discutable aussi. La fréquence d'une onde électromagnétique n'est pas reliée à l'inverse du temps qui passe ! C'est l'inverse d'une période, qui certes a la dimension d'un temps, mais qui a la même valeur tout le temps pour les sources stationnaires.

[Floris]

OUi deep turlte tu a comprit ce que je voullais dire lorsque je parlait de l'intensité. J'aimerai revenir à notre quantité de mouvement, ainsi la constante de planck est la quantité de mouvement minimale qu'un électron peut acérir ????
A très bientôt et encore merci pour tout