gsm/radio/tv : conversion signal électrique -> onde électromagnétique?

[krenouj]

Bonjour à tous,

J'aimerai savoir ce qu'il se passe dans l'antenne d'un appareil qui émet (ou qui reçoit) une onde électromagnétique tels qu'un gsm, radio, émetteur tv.
D'un coté on a l'électronique qui met en forme un signal électrique, soit un flux d'électrons et à la sortie de l'antenne on a un signal électromagnétique, soit un flux de photons (si je ne m'abuse...)
Que se passe t il à l'échelle de l'atome / quantique?

Dans une diode électroluminescence, un photon est généré lorsqu'un électron change d'orbite.
Mais que se passe t il exactement dans une antenne qui peut être un simple bout de fer?

V.
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[Jeanpaul]

Tout ça a un point commun : une charge électrique soumise à une accélération émet une onde électromagnétique. Ca se manifeste partout dans le spectre :
1) En basse fréquence (ondes radio par exemple), les électrons se promènent dans l'antenne sous l'effet d'une tension qui les chahute d'un côté à l'autre, d'où accélération sinusoïdale et émission d'une onde radio.
2) Aux fréquences optiques, ce sont les électrons des atomes qui font le travail en s'agitant mais c'est un peu plus compliqué car il faut utiliser la mécanique quantique. On ne parle alors plus de trajectoires des électrons mais d'orbites, mais l'idée est en gros la même
3) Des électrons très accélérés qui percutent une cible sont violemment ralentis (ça porte le nom allemand de Bremsstrahlung : rayonnement de freinage), ils émettent des ondes électromagnétiques qui sont en général des rayons X.
Il existe donc une profonde unité dans tout ça.

[krenouj]

Merci, c'est déjà plus clair mais si je comprends bien (je reste en basse fréquence) , c'est l'énergie cinétique de l'électron (l'électron a une masse?) qui est convertie en photons???

Si c'est le cas, est ce que n'importe quel objet de masse non nulle, se déplaçant à la vitesse d'un électron et subissant les mêmes variations de vitesse se met à émettre spontanement des photons?

C'est vraiment ce qui se passe à l'échelle atomique/quantique qui me travaille dans cette histoire ... mais d'où sort le photon

et, question subsidiaire, la fréquence de l'onde électromagnétique émise est elle rigoureusement la même que celle du flux d'électron?

[philou21]

Voila comment ça marche :
c'est pas compliqué ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[krenouj]

C'est un joulie dessin mais ça décrit le comportement du photon ou "atome lumineux".

Ce que je n'arrive pas a saisir c'est la façon dont il est généré : on a un élément bien identifié, l'électron, qui s'il accélère ou ralentit, ne change pas d'état mais produit des photons. c'est bien ça?

D'où ma question sur l'énergie cinétique, rapport à la conservation de l'énergie.

[philou21]

Mon dessin était juste un clin d'oeil ...

[Jeanpaul]

En général, on réserve l'appellation de photon à des radiations d'énergie comparable à l'énergie des atomes (W = h*nu). Les ondes radio relèvent de la mécanique classique et la quantification des échanges d'énergie n'a guère de sens. On parle plutôt de champ électromagnétique.
En électromagnétisme classique (non quantique, mais forcément relativiste), les électrons sont soumis à une force de freinage proportionnelle, sauf erreur à la dérivée troisième de la position (à vérifier quand même).
Cette énergie est pompée à leur énergie (mais je rappelle qu'en relativité, l'énergie cinétique 1/2 mv² n'existe pas).

[mariposa]

Merci, c'est déjà plus clair mais si je comprends bien (je reste en basse fréquence) , c'est l'énergie cinétique de l'électron (l'électron a une masse?) qui est convertie en photons???

Si c'est le cas, est ce que n'importe quel objet de masse non nulle, se déplaçant à la vitesse d'un électron et subissant les mêmes variations de vitesse se met à émettre spontanement des photons?

C'est vraiment ce qui se passe à l'échelle atomique/quantique qui me travaille dans cette histoire ... mais d'où sort le photon

et, question subsidiaire, la fréquence de l'onde électromagnétique émise est elle rigoureusement la même que celle du flux d'électron?

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En effet c'est une très bonne question.
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Quand on traite du transport de la dynamique des électrons dans un métal ou un semiconducteurs les électrons accélérés par un champ électrique perdent leurs énergie par relaxation sur le réseau, autrement dit, en termes quantiques, en émettant des phonons. Donc les électrons n'émettent pas (normalement) de photons (car le processus d'émission de phonons est infiniment plus efficace).
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Cela veut dire que le "système" gaz de phonons est légerement excité et correspond à l'échauffement macroscopique (effet joule). Jusqu'a maintenant il n'y a pas d'émission de photons!!!.
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Pour savoir d'où vient les photons il sufit de regarder comment la courbe de dispersion de la lumière intersecte toutes les autres courbes de dispersion des exitations élémentaires (principe de consevation de l'impulsion et de l'énergie). pour un métal je ne voie que la branche des phonons optiques. Par conséquent les photons micro-ondes proviendraient selon ce raisonnement de la relaxation du réseau.
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Un tel raisonnement abouti a ce que l'émission de photons soit sélective ce qui est contraire à l'expérience. il faut donc introduire des processus non-linéaires cad que il y a émission conjointe de plusieurs exitations par exemple émission:

1 phonon + émission 1 photon

ce qui en retour oblige à examiner le cas de la collision inélastique d'un électron avec émission simultanée d'un photon et d'un phonon.
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A ma connaissance je n'ai jamais vu le traitement de cette question dans aucun livre (ni dans aucune publication). Les raisonnements que j'ai fait précedemment ne doivent pas comporter d'erreurs mais cela ne suffit pas pour que ça soit la bonne explication!!!

[krenouj]

merci bcp mariposa!!!! je n'ai pas tout compris mais je vois enfin où il faut chercher ))