Champs électromagnétiques : est-ce que j'ai bien tout compris ?

[invitece4517a7]

Bonjour !

Je n'ai jamais totalement compris tout ce qui tournait autour des champs électromagnétiques.

J'ai voulu faire le point une bonne fois pour toute. Après pas mal de recherches, je pense finalement avoir compris. Mais trouver une info claire et complète, en tout cas qui permet à mon petit cerveau de comprendre, n'est pas facile...

Je m'en remets donc à vous

Voilà ce que je pense avoir compris (vous verrez qu'il me reste quelques questions...) :

Une charge électrique statique influence son environnement sous forme d'un champ électrique. Dans ce champ, toute (autre) charge sera influencée. Le champ n'est que l'image traduisant cette influence.

Une charge électrique en mouvement, donc un courant, donnera naissance à un champ magnétique, perpendiculaire au champ électrique.

Le champ électrique est rapidement arrêté par les éléments rencontrés au contraire du magnétique qui traverse pratiquement tous les matériaux.

Le champ électrique se compte en V/m, le magnétique en Tesla.

Jusque-là je crois que ça va... mais c'est maintenant que les Athéniens s'atteignirent...

Un champ électrique variable donne naissance à un champ magnétique (variable aussi ?). Une variation de champ donne lieu à l'émission d'une onde électromagnétique. Et pourquoi une onde est toujours électromagnétique et non électrique ou magnétique, puisque les deux champs sont dissociables bien que liés ? (Maxwell)

Cela revient à poser la question de qu'est-ce que la variation de champ.
On dit qu'un courant donne lieu à un champ magnétique. Ok.

Je suppose qu'un courant alternatif donne lieu à une champ magnétique variable. Cette variation devrait donc donner naissance à une onde électromagnétique (un rayonnement). (mais j'imagine que je suppose mal...)

Dans le même ordre d'idée, si je comprends bien que le fil d'alimentation d'une lampe sous tension mais non allumée génère un champ électrique, je me dis aussi que puisque ce courant est alternatif, la tension dans le fil ne fait que varier (non ?). Et que donc le champ électrique est variable. Ce qui donne un champ magnétique (variable ?). Et donc une émission d'onde.

Ou bien cette émission d'onde est très faible. Ou encore le champ magnétique généré par un champs électrique variable est statique. Et donc pas d'émission d'onde électromagnétique par la combinaison d'un champ électrique variable et d'un magnétique statique. Seul un courant alternatif pourrait donner un champ magnétique variable et donc une onde.

Autre chose :
On ne distingue champ magnétique et électrique que à basse fréquence ou, je suppose, dans tous les cas pour les champs statiques. A basse fréquence on exprime les champs dans leurs unités respectives.

A haute fréquence, (GSM...), les deux sont liés et visiblement inséparables (mais pourquoi ?).
A ces fréquences on exprime le champ électromagnétique en flux et en W/m² ou en V/m. Pourquoi dans ce dernier cas reprendre l'unité du champ électrique ? Ils ne sont donc pas inséparables ?

Je n'ai pas trouvé réponse à ces questions...

Merci de m'avoir lu et de m'aider, sinon je vais devenir FOU


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[mbochud]

Bonjour,

Le champ n'est que l'image traduisant cette influence.
Oui, on associe une amplitude et une direction (vecteur) à chacun des points de l'espace .
On met une masse dans un champ gravitationnel qui générera une force.
On met une charge électrique dans un champ électrique ou magnétique qui générera une force.


Le champ électrique est rapidement arrêté par les éléments rencontrés
Est rapidement arrêté par les éléments conducteurs placés dans la direction du champ.

au contraire du magnétique qui traverse pratiquement tous les matériaux.
Non. Est rapidement arrêté par les éléments conducteurs de champ magnétique placés dans la direction du champ (fer doux).

Un champ électrique variable donne naissance à un champ magnétique (variable aussi ?).
En général oui, mais pas forcément , si c'est un champ qui croit linéairement , l'autre champ généré. sera constant.

Et pourquoi une onde est toujours électromagnétique et non électrique ou magnétique

La variation de l'un crée l'autre et ainsi de suite.


Cette variation devrait donc donner naissance à une onde électromagnétique (un rayonnement).
Oui, toujours, La lampe génère une émission d'onde,mais l'énergie de cette onde est faible.
Pour émettre significativement du rayonnement il faut que la longueur de l'antenne ne soit pas trop négligeable par rapport à la longueur d'onde. (à 50Hz ça fait très long , mais les grands réseau de distribution perdent significativement de l'Énergie par rayonnement.

On peut faire une antenne EM soit par une tension variable soit par un courant variable ,mais au fond ça revient au même.
Le comportement des ondes EM n'est pas différent en haute ou basses fréquence. Mais aux fréquences élevées l'énergie de ces ondes est plus élevée et sa manifestation est plus évidente.
Les rayons X ou gamma par exemple ont pouvoir pénétrant important. (C'est un peu comme si on lance une bille de plomb dans du beurre. Ça pénètre plus qu'une plume!
Fort heureusement la relativité restreinte nous a montré que champ électrique ou magnétique ne sont en fait que 2 aspects différents de la même chose.
La relativité restreinte en cela simplifie la physique.

sinon je vais devenir FOU

Les physiciens sont tous un peu fous , mais au moins ils le savent.

[invitece4517a7]

Merci pour toutes ces précisions, ça m'aide beaucoup !

Mais j'ai évidemment encore des questions...

(...)

au contraire du magnétique qui traverse pratiquement tous les matériaux.
Non. Est rapidement arrêté par les éléments conducteurs de champ magnétique placés dans la direction du champ (fer doux).

Une enceinte grillagée dans un métal ferreux (mais pas nécessairement aussi ferreux que du doux) captera alors ce champ ? Et si ce champ est variable, un courant sera induit dans l'enceinte.

En fait c'est une antenne...

Ce qui me vient à poser la question de la zone d'influence du champ. Lorsque qu'un champ magnétique varie, il donne naissance à un champ électrique constant ou variable (j'y reviendrai...). Le tout émet des ondes électromagnétiques. Ces ondes se propagent. Si on prend l'exemple d'un émetteur radio, les ondes émisent seront captées à plus ou moins longue distance (fonction de la sensibilité des récepteurs, de la puissance d'émission et de la longueur d'onde). Mais au niveau du récepteur captant l'onde, y a t-il encore une influence du champ émetteur de l'onde ou l'onde est-elle "seule" ? Ou bien l'onde n'est-elle que la traduction de la variation de champ, champ accompagnant l'onde tout le temps ?

L'hypothèse du champ omniprésent me semble plus logique : on mesure des champs en Tesla, mais il n'y a pas d'unité pour une onde, si ?

Un champ électrique variable donne naissance à un champ magnétique (variable aussi ?).
En général oui, mais pas forcément , si c'est un champ qui croit linéairement , l'autre champ généré. sera constant.

Aaaah, ça sent la dérivée tout ça (si mes souvenirs sont bons......).
Donc un champ électrique à 50Hz donnera un champ magnétique variable et non constant.

Cette variation devrait donc donner naissance à une onde électromagnétique (un rayonnement).
Oui, toujours, La lampe génère une émission d'onde,mais l'énergie de cette onde est faible.
Pour émettre significativement du rayonnement il faut que la longueur de l'antenne ne soit pas trop négligeable par rapport à la longueur d'onde. (à 50Hz ça fait très long , mais les grands réseau de distribution perdent significativement de l'Énergie par rayonnement.

Si je comprends bien, si je prends un fil électrique sous tension mais à haute fréquence, je peux avoir une émission significative d'onde. De nouveau on est dans l'antenne là, non ? Et ce rayonnement induira une consommation et une circulation de courant, j'imagine. Sinon c'est le fournisseur d'électricité qui sera de la revue.

(ça me rappelle une histoire de consommation de courant non prise en compte par un compteur à cause d'une histoire de cosinus phi, mais ça fera l'objet d'une autre question ).

Pour en revenir à la lampe, j'imagine qu'on ne parle d'onde électromagnétique que lorsqu'un courant circule car cette onde sera plus importante que si elle ne vient que d'un champ magnétique variable lui-même issu de la variabilité du champs électrique (ici à 50Hz).

Mais donc on peu quand même dire que le fil sous tension d'une lampe éteinte émet un champ électrique et magnétique, donc un champ électromagnétique et non un champ électrique tout court.

On peut faire une antenne EM soit par une tension variable soit par un courant variable ,mais au fond ça revient au même.
Le comportement des ondes EM n'est pas différent en haute ou basses fréquence. Mais aux fréquences élevées l'énergie de ces ondes est plus élevée et sa manifestation est plus évidente.
Les rayons X ou gamma par exemple ont pouvoir pénétrant important. (C'est un peu comme si on lance une bille de plomb dans du beurre. Ça pénètre plus qu'une plume!
Fort heureusement la relativité restreinte nous a montré que champ électrique ou magnétique ne sont en fait que 2 aspects différents de la même chose.
La relativité restreinte en cela simplifie la physique.

Pourquoi les sépare-t-on alors à basse fréquence en disant sciemment qu'il y a un champ électrique et un magnétique, qu'ils se mesurent dans des unités différentes et que leurs effets sont également différents ? Pourquoi ne plus faire cette distinction à haute fréquence ?

sinon je vais devenir FOU

Les physiciens sont tous un peu fous , mais au moins ils le savent.

Sinon j'ai encore une question : la lumière est une onde EM. Il y a donc un champ qq part. Quelle est la valeur de ce champ et/ou cette onde en Tesla ?

La lumière (par ex. du jour) peut-elle influencer significativement un champ magnétique généré sur Terre ?


En tout cas merci pour tes réponses.

[Bouli]

Pourquoi les sépare-t-on alors à basse fréquence en disant sciemment qu'il y a un champ électrique et un magnétique, qu'ils se mesurent dans des unités différentes et que leurs effets sont également différents ? Pourquoi ne plus faire cette distinction à haute fréquence ?

A haute fréquence, aucun détecteur n'est capable de voir les oscillations, il voit une valeur moyenne. Un peu comme dans le cinéma : avec 1 image par seconde, tu peux distinguer chaque image avec 25 images par seconde, tu ne peux plus.
De toute façon dans le cas d'une onde électromagnétique, tu as une relation entre champ électrique et champ magnétique que je n'ai plus en tête précisément mais ca ressemble à : E = B c (avec c la vitesse de la lumière)
Etudier un seul champ permet de connaitre le deuxième, par convention, on s'intéresse plutôt au champ électrique lorsqu'on ne veut pas étudier spécialement le champ magnétique.

Mais au niveau du récepteur captant l'onde, y a t-il encore une influence du champ émetteur de l'onde ou l'onde est-elle "seule" ? Ou bien l'onde n'est-elle que la traduction de la variation de champ, champ accompagnant l'onde tout le temps ?

L'onde électromagnétique, c'est deux champs qui se propagent à c. Une fois que cette onde a été émise, elle se propage en ligne droite et devient indépendante. Si la source varie, elle n'aura pas d'influence sur l'onde d'origine, tu ne verras la variation qu'une fois que l'onde associée à la variation est arrivée. Si la variation était quand même contenue dans l'onde émise alors qu'il n'y avait pas encore de variation, ca voudrait dire que l'information se propage plus vite que la lumière (plus vite que ce qui la transporte !). Ca nous arrangerait mais c'est pas le cas.

Sinon j'ai encore une question : la lumière est une onde EM. Il y a donc un champ qq part. Quelle est la valeur de ce champ et/ou cette onde en Tesla ?

La lumière (par ex. du jour) peut-elle influencer significativement un champ magnétique généré sur Terre ?

La puissance émise est liée au vecteur de Poynting (flux du vecteur à travers une surface entourant la source). Ce vecteur s'exprime de la manière suivante : E ^ B/mu (E et B des vecteurs). Comme E et B sont liés, tu peux en déduire l'amplitude des deux champs.

Pour l'influence de la lumière sur un champ magnétique, la question ne se pose pas, la lumière présente un champ trop rapide pour n'importe quelle expérience. Par contre, un champ est capable de faire tourner la polarisation de la lumière (c'est-à-dire la direction des deux champs) et c'est très facile à observer.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mbochud]

Par contre, un champ est capable de faire tourner la polarisation de la lumière (c'est-à-dire la direction des deux champs) et c'est très facile à observer.

C'est l’effet Faraday qui fait tourner la polarisation de la lumière si on applique un champ magnétique parallèlement à la direction de propagation du rayon lumineux.
Il faut un champ magnétique très fort pour faire très légèrement tourner la polarisation (dépend du matériau dans lequel la lumière voyage).

Pas facile à comprendre!

[Rann]

Bonjour,
C'est un plaisir immense de lire ce post, merci à Bifidusse et ces questions que je n'aurais jamais osé formuler ou plutôt que je n'aurais pas su formuler.
J'espère que tu as un tas d'autres qestions

[mbochud]

Bonjour,
Pour compléter sur le vecteur de Poynting, (Bouli)

Le module de ce vecteur est donc le flux surfacique de puissance( en W/m²).
Sa direction est la direction de l’onde EM ; ce qui est bien évident dans le produit vectoriel.

[invitece4517a7]

Bonjour,
C'est un plaisir immense de lire ce post, merci à Bifidusse et ces questions que je n'aurais jamais osé formuler ou plutôt que je n'aurais pas su formuler.
J'espère que tu as un tas d'autres qestions

ça fait plaisir à lire

Je suis un grand adepte des questions existentielles, de préférence en termes de compréhension de la physique, donc oui, il y aura d'autres questions.

[invitece4517a7]

Bon, j'ai tenté de mettre tout ça dans un document général.
Je ne pense pas avoir vu ce genre de résumé dans mes recherches d'info (dites-moi si je me trompe), en général on se focalise sur un aspect (électrique, magnétique, onde, GSM...) sans parler des autres.

Il y a sûrement encore des erreurs ou imprécisions...

Les champs électromagnétiques : vue d’ensemble

Qu’est-ce que c’est ?
Les champs électromagnétiques peuvent être séparés en champ électrique et en champ magnétique.

Un champ magnétique se définit par rapport à l’influence qu’il a sur une charge électrique en mouvement. Un champ électrique se définit par rapport à l’influence qu’il a sur une charge électrique statique.

Un champ électrique est engendré par une charge électrique ou par une variation de champ magnétique. Un champ magnétique est engendré par un courant électrique ou par une variation de champ électrique. Les champs électriques se mesurent en volts par mètre (V/m) et les magnétiques en Tesla (T).

Les champs électriques et magnétiques sont liés entre eux par les équations de Maxwell. Physiquement ils ne sont finalement que deux aspects d’un même phénomène. Connaître l’un donne l’autre. On a pourtant l’habitude de séparer les deux, sans doute pour d’obscures raisons historique ou d’habitude (?)

Champs statiques

Champ électrique

Un champ électrique statique est créé par une charge électrique ou par un champ magnétique variable linéairement (le courant alternatif, par exemple, n’est pas concerné). Ils sont notamment créés par une différence de potentiel (circuit électrique continu).

Champ magnétique

Un champ magnétique statique est créé par un courant continu ou un champ électrique variable linéairement. Tout appareil utilisant du courant continu émettra ce type de champ. Le champ magnétique terrestre est probablement le champ naturel le plus connu et serait créé par les courants électriques existants dans le noyau. Il tourne aux alentours de 50 µT.

Champs variables

On parle plus souvent des champs variables car ils sont par l’utilisation anthropique de l’électricité. Ces champs varient de manière bien déterminée à une fréquence donnée.

Un champ électrique variable est créé par une charge électrique variable (tension alternative par exemple). Attention que les champs électriques créés par un magnétique variable ne sont eux-mêmes variables que si le magnétique variable ne varie pas que linéairement. Un fil de lampe sous tension alternative mais éteinte émet donc une onde électromagnétique.

Un champ magnétique variable est créé par un courant variable (exemple : courant alternatif). Attention que les champs magnétiques créés par un électrique variable ne sont eux-mêmes variables que si l’électrique variable ne varie pas que linéairement (dans ce dernier cas le champ créé est constant).

Ondes électromagnétiques

Les variations des champs électromagnétiques donnent naissance aux ondes électromagnétiques (EM). Une onde EM est indépendante du champ qui l’a initialement créée. L’onde EM est le concept utilisé pour modéliser le rayonnement venant de la variation des champs.

Les ondes électromagnétiques sont partout. Les ondes provenant des lignes à haute tension, les rayons X utilisés en radiographie, les micro-ondes des fours et des GSM, la lumière visible… sont toutes des ondes électromagnétiques !
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La question de la séparation des champs

En matière de champs variables, on n’entend souvent parler que de « champ magnétique » ou « électromagnétique ». Pas de champ électrique.
Il y a plusieurs raisons à cela :

• seuls les champs magnétiques variables sont capables d’induire des courants électriques dans tout conducteur, ce qui n’est pas le cas des champs statiques. Cela a des conséquences pratiques d’un point de vue technologique et d’un point de vue biologique (courants induits dans le corps humain par ex.) ;
• les champs magnétiques sont moins facilement arrêtés par les éléments environnementaux que le champ électrique. Un champ électrique est canalisé par tout conducteur (ne fût-ce que la végétation…) alors qu’un champ magnétique n’est véritablement canalisé que par un élément ferreux (acier, fer pur…) ;
• A haute fréquence les deux champs se « confondent » (cf. infra).

Il est cependant bizarre de séparer autant champ électrique et magnétique, tant dans leurs unités que dans leurs effets à partir du moment où l’on considère physiquement que les deux sont liés. Il serait probablement plus juste de parler uniquement en termes de champ électromagnétique.

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Fréquences des champs variables et de leurs ondes

On sépare les champs variables / les ondes / les rayonnements en basse et haute fréquence. On peut également classer les ondes / rayonnements en non-ionisants et ionisants. Ces derniers sont appelés ionisants car ils possèdent suffisamment d’énergie que pour modifier directement les atomes et molécules (l’énergie véhiculée par une onde / rayonnement augmentant avec la fréquence).

Basse fréquence (de 0,xxx à 1 MHz ?)
A basse fréquence, on peut séparer champ électrique et magnétique. On a l’habitude de parler en terme de champ magnétique pour les raisons exposées ci-dessus.
Les basses fréquences sont principalement émises par le réseau de distribution d’électricité (50/60Hz) et les appareils utilisant cette électricité. Les chemins de fer de certains pays également (Suisse : courant alternatif 16.7 Hz, Belgique : courant continu).

Les hautes fréquences (de 1 MHz à 1 THz ?)
A haute fréquence on ne sépare plus les deux types de champs pour des questions techniques : on peut observer les deux séparément. Par convention ou habitude, on parle alors de champ électromagnétique que l’on exprime en V/m ou en densité de puissance (en W/m²).
Les ondes EM de haute fréquence sont émises par les appareils de télécommunication comme les GSM, les téléphones sans fil DECT, les antennes de radiodiffusion ou… le soleil.
La partie haute de ces ondes de haute fréquence reprend les rayonnements ionisants, qui commencent au-delà des ultraviolets (rayons X, gamma…).

[yahou]

Les champs électriques et magnétiques sont liés entre eux par les équations de Maxwell. Physiquement ils ne sont finalement que deux aspects d’un même phénomène. Connaître l’un donne l’autre. On a pourtant l’habitude de séparer les deux, sans doute pour d’obscures raisons historique ou d’habitude (?)

Ce n'est pas parce que les champs électrique et magnétique sont deux aspects d'un même phénomène qu'on peut les confondre. Certes on peut les regrouper dans un même objet mathématique (le tenseur de Maxwell) et décrire leur évolution de façon synthétique par une équation portant sur cet objet, mais ça n'empêche pas qu'on peut à tout instant extraire de cet objet unique le champ magnétique et le champ électrique.

D'ailleurs quand tu dis "connaître l'un donne l'autre", ce n'est pas tout à fait exact : les équations de Maxwell relient le rotationnel d'un des deux champs à la dérivée temporelle de l'autre, si bien que connaître l'un ne permet de connaître l'autre qu'à un champ de gradient statique près.

Quand on s'intéresse aux ondes, ça ne change pas grand chose, car on oublie généralement la composante statique. En revanche lorsqu'on étudie les champs statiques (et c'est historiquement ce qui a été fait en premier), la conaissance de l'un des champs n'apporte aucune information sur l'autre : les phénomènes électrique et magnétique apparaissent complètement indépendants.

[invitece4517a7]

Ce n'est pas parce que les champs électrique et magnétique sont deux aspects d'un même phénomène qu'on peut les confondre. Certes on peut les regrouper dans un même objet mathématique (le tenseur de Maxwell) et décrire leur évolution de façon synthétique par une équation portant sur cet objet, mais ça n'empêche pas qu'on peut à tout instant extraire de cet objet unique le champ magnétique et le champ électrique.

D'ailleurs quand tu dis "connaître l'un donne l'autre", ce n'est pas tout à fait exact : les équations de Maxwell relient le rotationnel d'un des deux champs à la dérivée temporelle de l'autre, si bien que connaître l'un ne permet de connaître l'autre qu'à un champ de gradient statique près.

Quand on s'intéresse aux ondes, ça ne change pas grand chose, car on oublie généralement la composante statique. En revanche lorsqu'on étudie les champs statiques (et c'est historiquement ce qui a été fait en premier), la conaissance de l'un des champs n'apporte aucune information sur l'autre : les phénomènes électrique et magnétique apparaissent complètement indépendants.

En fait on ne s'intéresse pas nécessairement à la même chose... ou pas. Zut, je croyais avoir enfin compris

J'étais parti sur l'idée avancée par Bouli qu'on ne peut observer les deux champs (variables) indépendamment l'un de l'autre à haute fréquence (si j'ai bien tout compris). On voit une valeur moyenne que l'on exprime en V/m, qui est l'unité du champ électrique. J'en avais déduit qu'on pouvait exprimer l'entièreté du phénomène électromagnétique (magnétique + électrique) par le biais unique de l'électrique puisqu'on utilisait les unités de ce dernier. Et comme les deux sont liés par Maxwell, exprimer la valeur moyenne en V/m ne gêne pas puisque finalement on parle de la même chose.

Sous-question : on pourrait donc exprimer le champ magnétique variable à basse fréquence en V/m, donc en valeur moyenne non dissociée, comme on le fait à haute fréquence ?

(je réfléchis en écrivant...)

Pourrait-on finalement dire que :

En statiques, champs électrique et magnétique sont indépendants. L'un peut exister sans l'autre.

En variable, les deux champs existent ensemble, tout le temps et sont liés par les équations de Maxwell.

Ces deux champs ont des comportements différents et des effets différents.

On sépare électrique et magnétique à basse fréquence pour une question de capacité d'observation qui le permet. Les deux sont pourtant liés et on pourrait parler d'électromagnétisme en général et utiliser une seule valeur (mais pourquoi diable alors les séparer et ne traiter en général que le magnétique ? Pour des questions d'effet sur l'environnement électrique ou pas, j'imagine).

Le problème "pédagogique" vient des hautes fréquences où l'on parle d'électromagnétisme parce que l'on est pas capable d'observer autre chose qu'une moyenne. Si l'on pouvait (techniquement ?) le faire, on continuerait à séparer les deux et à éventuellement ne s'intéresser qu'à l'un des deux.

Ceci dit, je reste encore très confus quand je lis certaines choses.

Exemple extrait de Wikipédia, à propos des équations de Maxwell :
Ces équations montrent notamment qu'en régime stationnaire, les champs électrique et magnétique sont indépendants l'un de l'autre, alors qu'ils ne le sont pas en régime variable. Dans le cas le plus général, il faut donc parler du champ électromagnétique, la dichotomie électrique/magnétique étant une vue de l'esprit

Ce qui dit explicitement qu'en régime variable on ne dissocie physiquement pas champ électrique et magnétique. En fait on peut observer l'une ou l'autre des deux composantes.

Par contre, je lis dans un livre sur les micro-odes, écrit par plusieurs universitaires, que : "En continu et à basse fréquence, les champs électrique et magnétique peuvent être traités séparément. (...) A fréquence plus élevée, aux fréquence radio et notamment aux fréquences micro-ondes, on doit parler de champ électromagnétique : un champ n'existe pas sans l'autre. Ceci est expliqué par la théorie de l'électromagnétisme, formulée au siècle passé (1880) par le physicien Maxwell".

J'en déduis avec ce dernier passage qu'il n'y a qu'à haute fréquence que les deux sont liés alors qu'on peut les traiter séparément à basse fréquence, e qui sous-entend, les deux phrases lues l'une après l'autre, qu'on peut les séparer.

Hors ils sont liés d'après Wikipédia.

J'en suppose qu'ils ont voulu, dans le livre, dire qu'on pouvait les traiter séparément, mais pas qu'ils sont indépendants. C'est bizarre alors de préciser qu'à haute fréquence ils n'existent pas l'un sans l'autre si c'est le cas aussi à basse fréquence.

Ou alors Wiki se trompe. Ou j'ai encore tout mal compris...

En fait l'idée de l'indépendance en statique et du lien en variable me plaît bien. Cela m'éviterait aussi de devoir poser la question : s'ils ne sont interdépendants qu'à haute fréquence, à partir de quelle fréquence cela devient-il le cas ?

On n'est pas couché, comme dirait l'autre.

[Bouli]

Il n'y a pas de limite définie entre "basses fréquences" et "hautes fréquences", c'est arbitraire. Dès lors qu'il y a une variation d'un champ, l'autre champ apparait et sont liés par Maxwell. Les champs statiques (créés par un aimant ou un électron immobiles par exemple) ne créent pas l'autre champ...

Imagine maintenant que tu étudies un champ variable de période 1 milliseconde sur une durée de 1 microseconde. Tu peux approximer ton champ variable en un champ à peu près statique pendant la durée de l'expérience. Tout dépend des conditions et de la précision voulue. En toute rigueur, il faudrait que même les champs statiques soient décrits comme variables avec une période très grande (des milliers d'années pour un aimant ?) mais c'est s'embêter pour rien parce que le champ électrique associé à la variation du champ magnétique de l'aimant est minuscule.

[invitece4517a7]

Tiens, je suis en train de me rendre compte que j'ai mis qu'un rayonnement, représenté sous la forme d'une onde, venait de la variabilité d'un champ. Hors on ne parle jamais d'ondes EM qu'en fréquence...

Je lis aussi dans le bouquin précité que le champ d'un cabine de transformation de courant émettait un champ mais que ce champ ne rayonnait pas.

Oh.

Donc on ne peut pas associer onde et variation de champ ?

En fait cela rejoint l'idée selon laquelle on parle d'électromagnétisme à haute fréquence, et donc d'ondes électromagnétiques, et qu'on sépare champ électrique et magnétique à basse fréquence, où il n'y aurait donc pas onde.

La question étant : pourquoi ?

[yahou]

J'étais parti sur l'idée avancée par Bouli qu'on ne peut observer les deux champs (variables) indépendamment l'un de l'autre à haute fréquence (si j'ai bien tout compris). On voit une valeur moyenne que l'on exprime en V/m, qui est l'unité du champ électrique. J'en avais déduit qu'on pouvait exprimer l'entièreté du phénomène électromagnétique (magnétique + électrique) par le biais unique de l'électrique puisqu'on utilisait les unités de ce dernier. Et comme les deux sont liés par Maxwell, exprimer la valeur moyenne en V/m ne gêne pas puisque finalement on parle de la même chose.

Il me semble que tu déformes le propos de Bouli, en confondant deux choses :
- la possibilité de mesurer indépendament le champ électrique et le champ magnétique
- la possibilité de suivre les variations d'un des deux champs lors de sa mesure

Ce sont deux problèmes différents. On peut mesurer les deux champs indépendament : il existe des capteurs sensibles au champ magnétique seulement (ex : capteur à effet hall) ou au champ électrique seulement (ex : antenne), peu importe la fréquence.

Par ailleurs, un capteur possède un temps d'intégration : c'est le temps minimum entre deux évènement pour que le capteur puisse les distinguer. A ce temps d'intégration on peut associer une fréquence de coupure (l'inverse du temps d'intégration) : seuls les phénomènes ayant des fréquences inférieures à cette fréquence de coupure sont accessibles au capteur. Et ceci est vrai pour n'importe quel capteur, qu'il mesure un champ électrique, un champ magnétique, ou n'importe quelle autre grandeur physique.
Par exemple, la fréquence de la lumière visible est bien au-delà de la fréquence de coupure de tous les détecteurs existants, et c'est pourquoi dans ce cas, on ne peut accéder qu'à la valeur moyenne.

Enfin, si l'on choisit en général de mesurer le champ électrique associé à une onde EM, c'est parce que ses effets sont plus sensibles, et qu'il est donc plus facile à mesurer. Et quand on connaît les propriétés du matériau, on peut remonter au champ magnétique, ce qui est plus simple que de le mesurer directement. Mais ça ne veut pas dire qu'on ne peut pas le mesurer.

Exemple extrait de Wikipédia, à propos des équations de Maxwell :
Ces équations montrent notamment qu'en régime stationnaire, les champs électrique et magnétique sont indépendants l'un de l'autre, alors qu'ils ne le sont pas en régime variable. Dans le cas le plus général, il faut donc parler du champ électromagnétique, la dichotomie électrique/magnétique étant une vue de l'esprit

Ce qui dit explicitement qu'en régime variable on ne dissocie physiquement pas champ électrique et magnétique. En fait on peut observer l'une ou l'autre des deux composantes.

Non. Tu déformes encore ce que tu lis pour le faire coller avec ton idée de champs qui "fusionnent" à haute fréquence.

Les deux champs existent indépendament l'un de l'autre, mais s'influencent l'un l'autre : ils sont couplés. L'intensité de ce couplage est proportionnelle à la fréquence, et donc nulle en statique.

Imagine deux pendules simples reliés par un ressort. Le ressort couple les deux pendules : les oscillations de l'un modifient les oscillations de l'autre, et réciproquement. Et pourtant on peut toujours étudier indépendament les oscillations de l'un ou l'autre des pendules. Ce n'est pas parce qu'ils sont couplés qu'on ne peut plus les distinguer.

[yahou]

Tiens, je suis en train de me rendre compte que j'ai mis qu'un rayonnement, représenté sous la forme d'une onde, venait de la variabilité d'un champ. Hors on ne parle jamais d'ondes EM qu'en fréquence...

On s'intéresse en général à des ondes sinusoïdales (donc de fréquence donnée) parce que c'est plus simple, et que ça permet de retrouver le comportement de n'importe quelle onde via la transformée de Fourier (c'est lié au fait que les équation de Maxwell sont linéaires). Mais une onde sinusoïdale est bien variable, et une onde variable peut se décomposer comme somme d'ondes sinusoïdales de fréquence non nulle, donc pas de contradiction ici.

Je lis aussi dans le bouquin précité que le champ d'un cabine de transformation de courant émettait un champ mais que ce champ ne rayonnait pas.

Donc on ne peut pas associer onde et variation de champ ?

En fait cela rejoint l'idée selon laquelle on parle d'électromagnétisme à haute fréquence, et donc d'ondes électromagnétiques, et qu'on sépare champ électrique et magnétique à basse fréquence, où il n'y aurait donc pas onde.

En fait un transfo rayonne, mais très peu.

L'existence d'ondes EM est liée au fait qu'un champ magnétique variable produit un champ électrique variable et réciproquement. Pour que la génération d'onde soit efficace, il faut que les deux processus soient mis en jeu.
La génération d'un champ électrique par un champ magnétique variable se fait efficacement même à basse fréquence : on peut induire un champ dans un circuit en bougeant un aimant à la main, c'est l'induction.
En revanche le processus inverse ne devient notable qu'à des fréquences très élevées (devant les fréquences de l'électronique usuelle) : en gros il faut que la période du signal soit plus courte que le temps mis par la lumière pour traverser le circuit.


En résumé la nature des phénomènes est la même à toute les fréquences, mais certains termes deviennent prépondérants ou au contraire négligeables dans certains domaines de fréquence.

[Bouli]

En fait un transfo rayonne, mais très peu.

Coincidence : tout à l'heure je tenais un aimant à côté d'un générateur de courant et il s'est mis à vibrer... Le rayonnement est pas si faible que ca

[yahou]

Coincidence : tout à l'heure je tenais un aimant à côté d'un générateur de courant et il s'est mis à vibrer... Le rayonnement est pas si faible que ca

Qu'est-ce qui s'est mis à viber ? L'aimant ? Il n'est sensible qu'au champ magnétique, donc s'il vibre, ça veut simplement dire que le générateur produit un champ magnétique variable à la fréquence de vibration. Pas qu'il rayonne de façon importante.

[invitece4517a7]

Ce forum est une véritable bénédiction !

J'ajouterais juste à propos de ceci :

Citation:
Posté par Bifidusse Voir le message
Tiens, je suis en train de me rendre compte que j'ai mis qu'un rayonnement, représenté sous la forme d'une onde, venait de la variabilité d'un champ. Hors on ne parle jamais d'ondes EM qu'en haute fréquence...

On s'intéresse en général à des ondes sinusoïdales (donc de fréquence donnée) parce que c'est plus simple, et que ça permet de retrouver le comportement de n'importe quelle onde via la transformée de Fourier (c'est lié au fait que les équation de Maxwell sont linéaires). Mais une onde sinusoïdale est bien variable, et une onde variable peut se décomposer comme somme d'ondes sinusoïdales de fréquence non nulle, donc pas de contradiction ici.

Que j'ai oublié de taper un mot

A ce stade je ne suis plus capable de voir si ça change la réponse faite ou pas, d'autant que la réponse a été donnée un peu plus loin (le fait qu'en basse fréquence on ait aussi des ondes EM).

Je répondrai au reste plus tard, si j'ai bien aimé la physique à la fac, je ne suis pas physicien et là mon neurone sature

Merci encore en tout cas.

[Bouli]

Le courant est à 50 Hz, l'onde électromagnétique de ce courant dans un fil est trop faible mais le transformateur, avec ses bobines, doit pas mal rayonner et cette onde a fait vibrer l'aimant.

[invite1b94726b]

Bonjour !

Je n'ai jamais totalement compris tout ce qui tournait autour des champs électromagnétiques.

J'ai voulu faire le point une bonne fois pour toute. Après pas mal de recherches, je pense finalement avoir compris. Mais trouver une info claire et complète, en tout cas qui permet à mon petit cerveau de comprendre, n'est pas facile...

Je m'en remets donc à vous

Voilà ce que je pense avoir compris (vous verrez qu'il me reste quelques questions...) :

Une charge électrique statique influence son environnement sous forme d'un champ électrique. Dans ce champ, toute (autre) charge sera influencée. Le champ n'est que l'image traduisant cette influence.

Une charge électrique en mouvement, donc un courant, donnera naissance à un champ magnétique, perpendiculaire au champ électrique.

Le champ électrique est rapidement arrêté par les éléments rencontrés au contraire du magnétique qui traverse pratiquement tous les matériaux.

Le champ électrique se compte en V/m, le magnétique en Tesla.

Jusque-là je crois que ça va... mais c'est maintenant que les Athéniens s'atteignirent...

Un champ électrique variable donne naissance à un champ magnétique (variable aussi ?). Une variation de champ donne lieu à l'émission d'une onde électromagnétique. Et pourquoi une onde est toujours électromagnétique et non électrique ou magnétique, puisque les deux champs sont dissociables bien que liés ? (Maxwell)

Cela revient à poser la question de qu'est-ce que la variation de champ.
On dit qu'un courant donne lieu à un champ magnétique. Ok.

Je suppose qu'un courant alternatif donne lieu à une champ magnétique variable. Cette variation devrait donc donner naissance à une onde électromagnétique (un rayonnement). (mais j'imagine que je suppose mal...)

Dans le même ordre d'idée, si je comprends bien que le fil d'alimentation d'une lampe sous tension mais non allumée génère un champ électrique, je me dis aussi que puisque ce courant est alternatif, la tension dans le fil ne fait que varier (non ?). Et que donc le champ électrique est variable. Ce qui donne un champ magnétique (variable ?). Et donc une émission d'onde.

Ou bien cette émission d'onde est très faible. Ou encore le champ magnétique généré par un champs électrique variable est statique. Et donc pas d'émission d'onde électromagnétique par la combinaison d'un champ électrique variable et d'un magnétique statique. Seul un courant alternatif pourrait donner un champ magnétique variable et donc une onde.

Autre chose :
On ne distingue champ magnétique et électrique que à basse fréquence ou, je suppose, dans tous les cas pour les champs statiques. A basse fréquence on exprime les champs dans leurs unités respectives.

A haute fréquence, (GSM...), les deux sont liés et visiblement inséparables (mais pourquoi ?).
A ces fréquences on exprime le champ électromagnétique en flux et en W/m² ou en V/m. Pourquoi dans ce dernier cas reprendre l'unité du champ électrique ? Ils ne sont donc pas inséparables ?

Je n'ai pas trouvé réponse à ces questions...

Merci de m'avoir lu et de m'aider, sinon je vais devenir FOU

CA ALORS! LES MEMES QUESTIONS QUE JE VOULAIS REDIGER! Merci pour ta question. Ca m'évite de devoir l'écrire moi-même. Il me reste plus qu'à lire les réponses et ça a l'air long...