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Champ et onde

  1. Mickey-l.ange

    Date d'inscription
    octobre 2014
    Messages
    986

    Champ et onde

    Bonjour,

    Désolé d'aborder une nouvelle fois une question plus que basique : le lien entre les notions de "champ" et d'"onde".

    Il me semble avoir lu qu'une onde était la propagation dans l'espace d'une perturbation initiale d'un champ.
    Est-ce bien exact ?
    Mais qu'est-ce précisément qu'une "perturbation" d'un champ ?

    Prenons le cas d'une charge (électromagnétique ou gravitationnelle), considérée comme statique.
    Elle crée un champ autour d'elle, mais ne perd pas d'énergie.
    Est-ce exact ?
    A quelle(s) condition(s) émet-elle une onde ? Si elle se met en mouvement ? Commence-t-elle à ce moment-là à perdre de l'énergie ?

    Si une seconde charge de même nature passe à proximité de la première (considérée comme statique), que se passe-t-il pour l'une et l'autre ?

    Merci.

    -----

    Dernière modification par Mickey-l.ange ; 02/08/2017 à 07h24.
     


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  2. Deedee81

    Date d'inscription
    octobre 2007
    Localisation
    Courcelles - Belgique
    Âge
    55
    Messages
    27 845

    Re : Champ et onde

    Salut,

    Quelques définitions à ma sauce :
    - un champ est une entité physique prenant une valeur en tout point de l'espace et du temps (ou du moins d'un certain domaine). La valeur pouvant être scalaire, tensorielle, spinorielle,... ou autre (champ de tétrade en RG par exemple).
    - une onde est un phénomène périodique, une grandeur qui se répète périodiquement, et qui se propage.... ou non (onde stationnaire par exemple).
    Une variation périodique dans l'espace et le temps d'un champ et qui se propage est un cas particulier (bien qu'il soit un des plus fréquents).

    Pour un champ statique (de valeur constante au cours du temps), une perturbation est une variation locale et brutale de la valeur du champ (pour une cause quelconque) et qui se propage ensuite de proche en proche. La propagation étant décrite par les équations du champ (qu'il soit gravitationnel, électromagnétique, mécanique).

    Une charge statique (ou en mouvement à vitesse uniforme) n'émet en effet pas d'onde, seulement un champ statique (ou en déplacement "en bloc" à vitesse uniforme, dans ce cas on a aussi un champ magnétique, mais bon, ça c'est juste une histoire de changement de référentiel et du fait que les champs électriques et magnétiques sont frères siamois).
    Ce n'est que lors d'une accélération de la charge électrique qu'une onde électromagnétique va être émise, c'est-à-dire une variation du champ électrique autour de la charge qui va se propager de proche en proche sous forme électromagnétique. On parle de rayonnement de freinage (perte d'énergie). Et l'accélération peut être une rotation, un choc,...

    Si deux charges se déplacent à vitesse uniforme et se rapprochent, elles vont forcément interagir : s'attirer ou se repousser. Ce qui se traduit par une accélération des charges (elles sont déviées) et émission d'un rayonnement. C'est en fait une collision (même s'il n'y a pas de contact physique direct entre les corpuscules).

    A noter que le calcul du rayonnement de freinage n'est pas trivial. Voir ici par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonn...nu_de_freinage (les formules sont vraiment affreuses).
    A noter aussi que le rayonnement Cerenkov est de ce type aussi.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     

  3. Coccinelleamoustaches

    Date d'inscription
    décembre 2016
    Messages
    205

    Re : Champ et onde

    Commencer par le commencement pour des questions de bases :
    https://fr.wikipedia.org/wiki/Onde
    Une onde est bien la perturbation d'un champ (souvent propagative mais pas toujours). Une perturbation est qqch qui change la valeur (scalaire, vectorielle, etc...) que le champ associe à un point de l'espace.

    Un charge (électromagnétique, gravitationnelle) crée bien un champ constant qui n'est pas une onde. Elle n'a pas de raison de perdre de l'énergie, car il n'y a pas de transport énergétique.

    Une variation temporelle de la densité de charge dans l'espace (typiquement un mouvement dans le cas d'une charge unique) induit une variation temporelle du champ créé. Cette variation (perturbation) se propage à une certaine vitesse (c, pour une perturbation EM dans le vide). C'est ce qu'on appelle une onde (dans le cas d'une charge unique elle se propage forcément). En rayonnant, on perd cette fois de l'énergie. En effet, une onde transporte de l'énergie (cf vecteur de Poynting). Par conservation, il faut donc en perdre du côté de l'émission. Typiquement, en physique classique, c'est un argument qui montre que la matière devrait être instable (les électrons en mvt émettent une onde. Perdant de l'énergie constamment, ils devraient finir par s'effondrer sur le noyau. On peut contrecarrer le drame avec la mécanique quantique)

    Le principe de superposition stipule que les champs sont additifs. Si tu as deux sources, elles créent leur champs et ça s'ajoute. Idem pour les ondes, ce qui peut notamment créer des interférences

    Je suis ouvert à toute correction si ce que j'ai dit chiffonne quelqu'un

    EDIT : croisement avec Deedee, zut !
    Dernière modification par Coccinelleamoustaches ; 02/08/2017 à 07h55.
     

  4. Resartus

    Date d'inscription
    octobre 2007
    Messages
    2 825

    Re : Champ et onde

    Bonjour,
    On peut, "mathématiquement", exprimer l'énergie d'interaction d'un système de charges de deux manières différentes :
    a) comme le produit de chaque charge par le potentiel créé par les autres charges
    b) comme l'énergie, localisée en chaque point de l'espace, du champ global créé par ces charges.
    Les deux calculs donnent le même résultat, mais la première approche est "newtonienne" en ce sens qu'elle suppose une transmission instantanée, La seconde est plus facile à transposer en relativité, et c'est celle qu'on doit utiliser quand on parle d'ondes électromagnétiques. Il faut faire attention de ne pas utiliser simultanément les deux.
    Avec la deuxième approche, l'énergie n'est pas localisée dans la particule, mais se trouve dans l'ensemble de l'espace. Les particules sont juste des singularités de ce champ

    En appliquant des lois de conservation locales, on peut alors retrouver les divers effets des champs électromagnétiques sur ces particules, et réciproquement, l'influence des particules sur le champ dans lequel elles baignent. Et si une particule acquiert une autre forme d'énergie (par exemple cinétique), il y aura bien diminution exactement égale de l'énergie électromagnétique globale...



    *A noter que dans les deux approches, il reste un problème avec l'énergie d'autointeraction (la particule avec elle-même), qui produirait une énergie infinie quand le diamètre de la particule tend vers zero, ce dont on peut se tirer de manière un peu tirée par les cheveux par ce qu'on appelle la renormalisation (qui consiste à traiter cette énergie infinie comme le point zero des énergies, puisque on ne peut pas aller plus bas).
    Une autre approche pour traiter cela en mécanique quantique est la seconde quantification, où seuls comptent les champs, et le nombre de particules n'est plus une constante (mais cela dépasse le cadre de ta question, et cela ne résout d'ailleurs pas tous les problèmes)
    Why, sometimes I've believed as many as six impossible things before breakfast
     

  5. LPFR

    Date d'inscription
    mars 2008
    Messages
    42 930

    Re : Champ et onde

    Bonjour.
    Une onde est une perturbation qui se propage.
    (Je n’inclus pas les « ondes stationnaires », qui ne sont pas vraiment des ondes, mais des oscillations.)
    Et une perturbation c’est simplement une changement de la valeur (intensité, direction).
    Mais cette perturbation n’a pas besoin d’être périodique. Elle peut-être, mais ce n’est pas toujours le cas : une impulsion, un tsunami, un mascaret.

    Une charge électrique émet une onde si et seulement si elle est accélérée.
    C’est le cas du rayonnement de freinage (comme dans un générateur de rayons X) ou pour les électrons d’un conducteur parcouru par un courant qui varie dans le temps.

    Dans le Feynman on trouve la « formule de Feynman » qui décrit le champ électrique produit par une particule. Je la joins, avec un « mode d’emploi » de mon cru. Le champ magnétique qui va avec se déduit n utilisant les équations de Maxwell.

    Quand une particule émet une onde parce qu’elle est accélérée, elle perd de l’énergie cinétique. Ce sont ces pertes qui deviennent importantes dans les accélérateurs de particules utilisés dans la recherche.
    Au revoir.
    Images attachées
     


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  6. Mickey-l.ange

    Date d'inscription
    octobre 2014
    Messages
    986

    Re : Champ et onde

    Merci à tous !!!
    Désolé de vous avoir obligés à revenir ainsi sur des notions si élémentaires !
     

  7. bongo1981

    Date d'inscription
    avril 2007
    Messages
    544

    Re : Champ et onde

    Et puis pour compléter les réponses sur les champs, en fait tu en vois tous les jours des champs...

    Le soir quand tu regardes un bulletin météo, tu vois un champ de température. Et oui, la carte de France avec les températures est un champ de température.
    Parfois on peut aussi voir la carte des pressions (les fameux zones d'anticyclone et zone dépressionnaire). Et bien c'est aussi un champ de pression.

    Tout ça sont des exemples de champ scalaire.

    Parfois on peut voir la carte des vents... intensité du vent et direction... et bien c'est un champ vectoriel.
     

  8. Deedee81

    Date d'inscription
    octobre 2007
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    Courcelles - Belgique
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    55
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    27 845

    Re : Champ et onde

    Citation Envoyé par bongo1981 Voir le message
    Et puis pour compléter les réponses sur les champs
    C'est marrant, quand je vulgarise le sujet, c'est exactement ces exemples là que je prend (températures et vitesses de fluides)
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     

  9. LPFR

    Date d'inscription
    mars 2008
    Messages
    42 930

    Re : Champ et onde

    Re.
    Pas étonnant. Ce sont les champs que l’on « voit » mieux.
    Et même pour expliquer la divergence ou le rotationnel, une rivière calme ou le vent sont faciles à imaginer.
    A+
     

  10. Mickey-l.ange

    Date d'inscription
    octobre 2014
    Messages
    986

    Re : Champ et onde

    Bonjour,

    Merci encore à tous pour les précisions.

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Quand une particule émet une onde parce qu’elle est accélérée, elle perd de l’énergie cinétique.
    Je présume que l'on peut transposer à la gravitation : satellites, planètes, étoiles, (galaxies ?) suivant des trajectoires courbes...
     

  11. Amanuensis

    Date d'inscription
    septembre 2010
    Messages
    21 580

    Re : Champ et onde

    Citation Envoyé par Mickey-l.ange Voir le message
    Je présume que l'on peut transposer à la gravitation : satellites, planètes, étoiles, (galaxies ?) suivant des trajectoires courbes...
    Non. L'électromagnétisme ne se transpose pas simplement à la gravitation.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
     

  12. Deedee81

    Date d'inscription
    octobre 2007
    Localisation
    Courcelles - Belgique
    Âge
    55
    Messages
    27 845

    Re : Champ et onde

    Salut,

    Les ondes gravitationnelles sont dites quadrupolaires, cela explique (en partie) leur faible intensité mais aussi la difficulté pour en émettre.
    En gros, il faut des accélérations "pas trop symétrique". Un simple corps en orbite bien circulaire et bien tranquille ne va pas émettre d'onde gravitationnelle (alors qu'une particule chargée va émettre des ondes EM). Il vaut des variations plus brutales ou des forces de marées importantes etc....

    Les ondes gravitationnelles et EM ont une série de points communs.... normal, ce sont des ondes dans les deux cas.... et pas mal de différences.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     

  13. lebazu

    Date d'inscription
    août 2014
    Messages
    36

    Re : Champ et onde

    Bonjour Deedee81

    pouvez vous préciser ce que vous entendez par «entité physique»

    La question qui revient souvent est de savoir si les champs quantiques sont des abstractions mathématiques ou des objets réels. (est réel tout ce qui n’est pas abstrait).

    Dans un article posté sur futura-science, l’auteur définie un champs comme «la donnée en tout point de l'espace d'un ou plusieurs nombres décrivant une réalité physique donnée », en prenant l’exemple des champs de pression ou de températures en météorologie.

    mais il précise que «Il existe des champs fondamentaux, qui constituent la nature même de la matière et des forces agissant sur elle» Il n’y a donc plus de milieux de propagation.

    Mais ça pose immédiatement la question de savoir ce que peut bien concerner la «réalité physique donnée»,puisqu’il n’y a plus de milieux.

    On en arrive presque toujours à une définition récursive des champs, du genre:
    «un champs est la donnée en tout point de l'espace et du temps de l’intensité de ce champs» (définition trouvée dans un dossier )

    Ce genre de définition est assez déroutante*, sauf si l’on considère un champs quantique comme une représentation mathématique abstraite.

    La question est donc: comment définir un champs quantique sans faire référence à lui même?

    merci
     

  14. Coccinelleamoustaches

    Date d'inscription
    décembre 2016
    Messages
    205

    Re : Champ et onde

    Comme une densité de probabilité de présence en tout point de l'espace. A mon humble avis tu t'inventes des problèmes; je n'ai pas compris ce qui te coinçait.
     

  15. lebazu

    Date d'inscription
    août 2014
    Messages
    36

    Re : Champ et onde

    bonsoir Coccinelleamoustaches

    densité de présence de quoi?

    Si on considère le champs électromagnétique, quelle est la grandeur physique que l'on mesure en chaque point de l'espace-temps? En dehors de l'intensité du champs lui même.
     


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