Pourquoi les métaux brillent

[docEmmettBrown]

Bonjour à tous,

voila j'ai un exposé à faire (terminal S) sur "pourquoi les métaux brillent" et je voulais demander votre avis si j'étais dans le vrai ou dans le faux.

La lumière est une onde électro-magnétique (OEM), lorsqu'elle se dirige sur un métal, le champ électrique de la lumière déplace les charges electriques (force de coulomb) dans le métal. Ce déplacement de charges crée également un champ électrique qui va s'opposer à la lumiere, c'est le principe de la cage de faraday.

question : si ce que je dis est vrai, alors le champ électrique dans le conducteur dépend du nombre de charge qu'il y a dans ce conducteur. Et donc si la lumiere à un champ E tres fort, l'onde va quand meme pénétrer dans le conducteur car le champ E dans le conducteur ne sera pas assez grand pour annuler l'onde de la lumiere, donc la cage de faraday peut laisser passer des onde EM si elle sont tres puissante ?

L'onde ne pouvant pénétrer dans le conducteur du à la cage de faraday, alors elle est entierement réfléchie comme lorsqu'on agite une corde relié à un mur, l'onde se déplacant sur la corde ne peut franchir le mur donc toute l'onde est réfléchie.


merci d'avance pour votre aide
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[Resartus]

Bonjour,
Votre explication démarre bien : en effet c'est le même phénomène que la cage de faraday : les électrons dans un métal sont pratiquement libres de se déplacer. En statique, les charges se déplacent pour annuler le champ, et en dynamique, l'onde électromagnétique créée par ces électrons va s'opposer à l'onde incidente et le résultat est que la transmission s'annule, et qu'en réflexion le métal se comporte comme un miroir (mais il faut quand même que la surface soit suffisamment plane, sinon on aura plutôt de la diffusion).

Il n'y a pas vraiment de limite en "puissance" du champ électrique reçu. Mais ce qui se passe est que les électrons ont quand même un certain freinage au déplacement. Si le champ imposé varie trop vite, ile ne peuvent plus suivre : le métal devient de plus en plus transparent quand la fréquence atteint et dépasse une certaine fréquence de transition, qui varie selon les métaux, mais est toujours dans l'ultraviolet.
Dans le visible, tous les métaux ont donc "l'éclat métallique" : ils réfléchissent toute la lumière

Il y a une autre limite, c'est qu'il faut un minimum de couches d'électrons pour que l'onde qu'ils émettent annule suffisamment la transmission. Aux très faibles épaisseurs, il en traverse quand même un peu. On sait faire des couches d'or ultraminces (quelques microns d'épaisseur), qui sont translucides*
En termes mathématiques, l'amplitude de l'onde transmise décroit exponentiellement avec l'épaisseur traversée. C'est pareil que les équations d'absorption en spectroscopie que vous devez voir en physique/chimie.

* la raison pour laquelle c'est une couleur bleu/vert est plus compliquée à expliquer...

[LPFR]

Bonjour.
En gros, vous avez compris le problème.
Mais le champ électrique oscillant externe met en mouvement oscillant les électrons de la surface du métal. Ces électrons oscillants émettent une nouvelle onde de même fréquence et dont me champ électrique crée s’additionnent avec celle de l’onde incidente pour ne laisser qu’un champ infime, nécessaire pour créer l’oscillation de électrons. Si le métal était un conducteur parfait, le champ « infime » serait nul et le métal réfléchirait 100% de la lumière incidente.
Mais comme les métaux ne sont pas des conducteurs idéaux, le champ « infime » n’est pas nul et l’onde réfléchie est un peut plus petite que l’onde incidente.

Ça ne dépend pas du nombre de charges. Car la profondeur de la zone d’électrons oscillants s’ajustera pour el que courant soit le bon. Par contre, la pénétration dépend du nombre de charges. Et la réflexion dépend de la résistivité à la fréquence de la lumière en question. C’est pour cela que la lumière réfléchie dépend de la fréquence (et donc de la couleur).
Le cuivre est rouge, et l’or est jaune et le potassium est transparent aux ultraviolets

Mais si l’onde ne pénètre pas dans el conducteur, c’est à cause de l‘onde crée par les électrons oscillants. Rien à voir avec la réflexion d’une balle contre un mur.
L’onde pénètre, mais accompagnée par une autre onde de même amplitude et de signe opposé.

La cage de Faraday est un bon blindage pour les champs électrostatiques et un mauvais pour les ondes radio. Je parie que vous avez de utilisé ou vu utiliser un téléphone portable dans une cabine d’ascenseur métallique. Alors, si vous parlez de la lumière, oubliez la cage de Faraday.
Au revoir.

[docEmmettBrown]

Merci pour vos reponses.

vous dites que la lumiere met en mouvement les e- dans le conducteur ce qui crée une OEM, et en additionnant les 2 ondes (lumieres + OEM du conducteur) ca annule dans le conducteur l'onde (plus ou moins en fonction de la fréquence). Et donc l'onde qui a été émie par le conducteur nous donne cet effet de "brillance". c'est ca?

question : pourquoi l'onde émie par le conducteur est dephasé de Pi par rapport à celle de la lumiere? je dis ca car pour annuler un cosinus il faut un -cosinus. Est ce du à la loi de Lenz qui dit que toute tension s'oppose à celle qui lui a donné naissance ? peut on lier l'onde crée par le conducteur à un effet d'inductance?

vous dites que la cage de faraday est un mauvais blindage pour les ondes radio car elles sont hautes fréquences ? mais pour de basse fréquence c'est un bon blindage ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
Une charge accélérée émet une onde électromagnétique. Mais vous ne pouvez expliquer cette émission avec les simples lois de l’induction. Par exemple, les rayons X des appareil médicaux, sont produits par le freinage des électrons envoyez à haute vitesse sur un métal. Le champ électrique produit par une charge (dont une partie constitue une onde électromagnétique) est décrit par l’équation de Feynman que je vous mets en pièce jointe pour que vous constatiez qu’on ne peut pas l’expliquer « avec les mains ».

Le champ électrique de l’onde qui arrive sur le boite métallique induit des courant.
Si la place métallique comporte de interruptions (entre deux boulons ou entre deux soudures) cela crée une différence de potentiel (alternative) sur les lèvres de la fente, et cette différence de tension crée un champ électrique, et l’onde qui va avec, de l’autre coté de la plaque.
Donc, la cabine métallique d’un ascenseur bloque assez bien des grandes longueurs d’onde et mal les ondes dont la longueur d’onde est comparable ou plus courte que la longueur entre les points de soudure des fentes. Me chose avec les grillages : ils ne bloquent pas les longueurs d’onde plus petites que les trous.
Par contre vous pouvez voir la lumière traverser le trou d’une aiguille hypodermique.
Au revoir.
http://forums.futura-sciences.com/at...de_feynman.jpg

[Resartus]

EDIT : gratté par LPFR...
Bonjour,
Je le dirais plutôt en sens inverse : la loi de Lenz est une conséquence macroscopique de ce qui se passe pour les électrons dans les conducteurs.
Plus généralement, on observe souvent des lois dites de modération : les effets tendent à s'opposer aux causes qui les produisent (ce qu'on retrouve aussi en chimie comme principe de le chatelier).

Pour l'efficacité d'une cage de faraday, le critère est la longueur d'onde du rayonnement comparé à la taille des "trous" du matériau :
Si on était dans une pièce entièrement revetue de feuilles de cuivre (c'est parfois fait pour protéger les grands centres de calcul), aucun rayonnement inférieur à l'ultraviolet ne passerait.
Votre four microonde a une porte avec une grille métallique avec des trous inférieurs au mm, ce qui réduit très fortement la transmission des signaux qui sont à 2,5 Ghz soit une longueur d'onde d'environ 10 cm

Si un grillage a des trous de quelques cm, les ondes des mobiles (qui sont autour de 30 cm) sont fortement attenuées, mais peuvent encore arriver à passer suffisamment pour être reçues, car ces appareils sont très sensibles, surtout si la grille est en fer qui conduit beaucoup moins bien que le cuivre.

[LPFR]

...
Votre four microonde a une porte avec une grille métallique avec des trous inférieurs au mm, ce qui réduit très fortement la transmission des signaux qui sont à 2,5 Ghz soit une longueur d'onde d'environ 10 cm

Si un grillage a des trous de quelques cm, les ondes des mobiles (qui sont autour de 30 cm) sont fortement attenuées, mais peuvent encore arriver à passer suffisamment pour être reçues, car ces appareils sont très sensibles, surtout si la grille est en fer qui conduit beaucoup moins bien que le cuivre.

Re.
Les micro-ondes et les portables c’est une autre histoire.
La porte des micro-ondes ne touche pas l’embrasure et laisse (presque) « tout » passer.
Sauf quelle est conçue de sorte de transformer le circuit ouvert du bord externe en court-circuit vu de l’intérieur grâce à la magie des λ/4. Donc, tout passe sauf les signaux pour lequel la fente à une épaisseur équivalente à un multiple impair de λ/4. C’est l’unique raison de l’épaisseur surprenante de leurs portes.
A+

[skeptikos]

bonsoir,
Votre explication est elle encore valable pour la pyrite qui a le brillant de l'or et qui pourtant est au mieux un semi-conducteur.
@+

[LPFR]

bonsoir,
Votre explication est elle encore valable pour la pyrite qui a le brillant de l'or et qui pourtant est au mieux un semi-conducteur.
@+

Re.
Oui.
A+

[docEmmettBrown]

merci beaucoup pour vos réponses c'est plus clair dans ma tete