Je me renseigne sur les ondes electromagnétiques. D'après ce que j'ai lu, de telles ondes seraient la combinaison de champs magnétiques et de champs électriques. Si je me représente à peu près ce qu'est un champs magnétique (émanant d'un aimant par exemple) j'ai du mal à me représenter un champs électrique. C'est quoi ?
Question pas si facile...
Un champ, d'abord, c'est le nom technique qu'on donne à quelque chose qui prend une valeur donnée en chaque point de l'espace. Par exemple, la température dans Annecy peut être représenté par un champ. Je mets un thermomètre en chaque point dans la ville, à toutes les coordonnées sur la carte et à toutes les altitudes, je vais trouver des valeurs différentes (plus chaud s'il y a du goudron que de l'herbe, plus froid au dessus du lac ou en altitude, etc...).
On peut imaginer des champs de n'importe quoi (le premier qui dit "de carottes", dehors...). Une catégorie importante en physique est les champs de vecteurs : en chaque point de l'espace on imagine un petit vecteur avec sa direction et sa longueur (sa norme). Le champ électrique est un tel champ vectoriel, et dans ce cas la direction (et la norme) indique la direction (et l'intensité) de la force que subirait une charge positive si on la mettait là.
Ca répond à ta question ou je suis à 12 années-lumière ?
ajoutons juste que la source (cause) du champ électrique est la charge électrique. (la source d'un champ magnétique est un déplacement de charge électrique)
Re : Définition d'un champs électrique ?
Pas mal comme réponse ...
Je prends donc une charge positive, je la balade "autour" de ma source éléctrique; si cette charge est affectée d'une manière ou d'une autre, on peut dire qu'elle se trouve dans le champs électrique.
Right ?
Oui, mais pas tout à fait.Envoyé par Laskar
Une charge électrique en mouvement est sensible à un champ magnétique, donc ça n'est pas tout à fait vrai. L'intensité de la force est à peu près donnée par F=qvB, avec q la charge, v la vitesse de la charge et B le champ magnétique. Avec cette expression, tu vois bien que F est non nul si B et v sont non nuls, donc tu vas sentir une force même s'il n'y a pas de champ electrique.
Par contre si la particule est immobile (v = 0), la force est nulle même si B est non nul. Donc, dans un champ magnétique, une charge électrique maintenue immobile ne va pas bouger si tu la laches.
Ce n'est pas le cas si elle est plongée dans un champ electrique. Si tu la maintiens immobile et que tu la laches, elle va se déplacer dans la direction du champ électrique. L'expression de l'intensité de la force est F=qE, avec E le champ electrique. Avec cette dernières expression tu vois que la force est non nul même si la vitesse est nul, ce qui n'est pas le cas de la force dûe au champ magnétique.
Donc en résumé :
Pour savoir si tu es en présence d'un champ électrique : prendre une charge, la maintenir immobile puis la lacher. Si elle reste immobile pas de champ electrique. Par contre tu ne peux pas savoir si tu es en présence d'un champ magnétique. Il faut faire une seconde expérience.
Pour savoir si tu es dans un champ magnétique, tu déplaces la charge, si tu sens qu'un force s'exerce pendant le mouvement, alors tu es en présence d'un champ magnétique.
Superbe réponse, claire et précise.
Dans la représentation d'un champ électromagnétique, on voit que les champs electriques et magnétiques sont plans et perpendiculaires. Est-ce là une réalité physique ?
Dans une onde électromagnétique, le champ électrique et le champ magnétique sont perpendiculaires entre eux.
Et tous les deux sont dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde.
Ok.
Une autre question de débutant :
D'après ces infos, tout courant électrique émet des ondes électromagnétiques. Comment peut-on utiliser ces ondes pour transporter des informations ?
On code l'information dans les variations du courant (par exemple l'amplitude ou la fréquence de ce courant au cours du temps). Ces variations se retrouvent dans l'onde émise, on peut la récupérer à distance... C'est le principe de la radio et de la télé (transmission hertzienne).
Si tu déplaces un aimant prés d'un conducteur électrique, et si au préalable tu as relié les deux extrémités de ce conducteur à un micro-ampèremètre, tu visualises par l'intermédiaire de son aiguille un courant électrique. Cela veut dire qu'un champ magnétique variable fait déplacer les électrons dans les limites du champ d'action de l'aimant. Donc, chaque fois qu'il y a un champ magnétique, il y a un champ électrique associé. Mais si un champ magnétique variable fait déplacer l'électron, le déplacement de ces derniers développe à son tour un champ magnétique de sens contraire.
Pour répondre à ta deuxième question, tu as vu que les électrons en mouvement (courant électrique) créaient un champ magnétique. Donc, pour produire une onde porteuse d'une information on procède comme suit. D'abord, on "fabrique" un courant alternatif haute fréquences. Dans une partie du générateur haute fréquence, le courant continu qui l'alimente sera modulé par la fréquence porteuse de l'information. La démodulation du signal reçut restituera l'information transmise.
Très technique
Je n'ai pas pigé le rapport entre la "fabrication" des hautes fréquences et l'alimentation du générateur ...
Pourquoi générer des hautes fréquences ? Les appareils de transmission sont-ils tous HF ? Est-il imaginable d'utiliser les ondes électromagnétiques avec des fréquences basses, voire très basses ?
Une des raisons est que si on veut pouvoir transmettre plusieurs signaux en même temps (par exemple plusieurs stations de radio), chacun avec les mêmes fréquences au départ (les fréquences de la parole humaine pour la radio) il faut les coder différemment, et on est obligé de "caser" l'info à des fréquences plus élevées que la fréquence du signal... Plus on utilise des fréquences élevées pour la "porteuse", plus on pourra caser de stations différentes dessus...
En principe tu peux utiliser toutes les fréquences que tu veux mais à condition d'être dans le vide.Très technique
Je n'ai pas pigé le rapport entre la "fabrication" des hautes fréquences et l'alimentation du générateur ...
Pourquoi générer des hautes fréquences ? Les appareils de transmission sont-ils tous HF ? Est-il imaginable d'utiliser les ondes électromagnétiques avec des fréquences basses, voire très basses ?
L'air par exemple va absorber du rayonnement basse fréquence, et si tu veux faire de la transmission radio ça ne va pas t'arranger beaucoup car ton onde va être complétement absorbée avant d'atteindre le récepteur.
Mais effectivement, le choix d'une gamme de fréquences donnée relève plus des contraintes techniques que du principe de fonctionnement, et tu peux ignorer ce point, si c'est seulement de comprendre le principe qui t'intéresse.
Si je ne me trompe (on n'est jamais trop prudent...) il y a des imprécisions dans certaines des réponses apportées à la question de Laskar.
Heimdall : la source du champ électrique n'est pas uniquement la présence de charges électriques dans l'espace. Il y a champ électrique en un point M si :
- il existe en un point (ou plusieurs) une densité de charge (immobile ou mobile) non nulle dans l'espace considéré pour le problème.
et/ou :
- si en M la dérivée par rapport au temps du potentiel vecteur magnétique A (A tel que B = div A) est non nulle.
Par contre la réponse de Heimdall s'applique bien sûr en régime statique (charges immobiles, courants continus).
spi100 : Je ne crois pas que pour une onde EM les champs E et B soient nécéssairement perpendiculaires à la direction de propagation de l'onde EM.
Nous sommes habitués à des ondes EM se propageant dans un espace non limité (cas des problèmes habituels en premier cycle universitaire, ondes planes ou sphériques dans un milieu illimité) et alors il est vrai dans ce cas que les champs E, B et le vecteur d'onde (propagation) sont orthogonaux 2 à 2 (onde transverse électromagnétique, TEM). Par contre, si l'onde EM se propage dans un milieu limité par des surfaces (par ex conductrices parfaites), l'onde peut dans certains cas ne plus être nécessairementTEM . Pour s'en convaincre, il suffit considérer la propagation d'une onde EM dans un guide rectangulaire formé de parois conductrices parfaites. Il existe plusieurs solutions mais pas d'ondes TEM (voir le bouquin de Jackson par ex). Par contre, même dans les cas de propagation guidée sans existence d'onde TEM il semble que E et B restent encore orthogonaux entre eux. Tous les cas que je connais donnent ce résultat, par contre je ne sais pas si c'est un résultat universel pour toutes les ondes EM, si quelqu'un a une démo l'indiquant ou un contre exemple, ça m'intéresse beaucoup de l'apprendre.
J'espère ne pas être à côté de la plaque avec ma réponse mais je voulais apporter ces précisions pour ne pas donner à Laskar la fausse impression que E et B étaient toujours perpendiculaires à la direction de propagation pour les ondes EM. Ils le sont à coup sûr seulement dans le cas d'une onde ne rencontrant aucune surface contraignant sa propagation (ce qui est un cas rare à proprement parlé, sauf dans le cas de propagation dans l'espace intersidéral). Lorsqu'il y a des surfaces dans le problème, il faut tenir compte des conditions aux limites des champs sur ces surfaces et ces conditions peuvent donner lieu à des ondes se propageant qui ne sont pas des ondes TEM.
En espérant ne pas avoir inutilement compliqué le problème
Tu as raison de préciser.
Je ne l'ai pas dit mais je l'avais à l'esprit, il s'entend bien sûr que E et B sont perpendiculaires à la direction de propagation, dans des milieux non chargés tel que div E = 0. Sinon bien sûr tu as dans le cas d'une onde plane se propageant dans la directon k, k.E différent de 0 (), ce qui veut dire que k et E sont non perpendiculaires.
Par contre B est toujours perpendiculaire à la direction de propagation (div B = 0, soit k.B = 0) et à E (Rot E = -DB/Dt, soit k ^ E = iwB) .
Spi100 : je ne suis pas d'accord même si Rau (densité volumique de charge électrique) est nulle en un point M (et donc div E = 0), E peut-être non perpendiculaire à la direction de propagation (vecteur d'onde) en ce point. Donc je ne suis pas d'accord avec ton commentaire concernant la relation de Maxwell-Gauss car dans le vide entre deux surfaces conductrices (pas nécessairement chargées d'ailleurs) le champ électrique d'une onde EM n'est pas nécessairement transverse EM. La transversalité de E (ou de B) avec le vecteur d'onde n'est pas acquise si en un point div E = 0 (ou div B =0). Pour précisions, je te conseille la lecture du Jackson ou d'autres livres sur la propagation des ondes EM guidées.
Bien sûr, pour la même raison ce n'est pas parce div B =0 en tout point (toujours vrai comme tu le précises d'ailleurs) que B est perpendiculaire à la direction de propagation (k). De nombreux exemples prouvent le contraire (ondes guidées entre deux plans, dans un guide conducteur rectangulaire, ...) avec tantôt B, tantôt E qui a une composante non -nulle sur l'axe suivant la propagation de l'onde (et même en absence totale de charge libre). C'est vrai que c'est a priori surprenant par rapport à ce qu'on enseigne en premier cycle mais c'est parce qu'on limite souvent (à tort me semble t-il) les cours aux ondes EM planes ou sphériques, soit aux milieux de propagation illimités. La transversalité ou non n'a donc rien à voir avec la présence de charge mais avec celle de conditions aux limites au niveau du confinement de l'OEM.
Si j'écris
Est-ce que simplement vous ne parlez pas de la même chose ?
Spi100 tu te places dans le vide et ton raisonnement est bon,
patrick999 tu considères la situation macroscopique dans laquelle la densité peut être nulle si on moyenne sur des petits volumes, comme ce qu'on fait pour étudier la propagation des ondes EM dans les milieux diélectriques ? Auquel cas c'est la divergence de D et non E qui est nulle...
Et pour les ondes guidées vous ne parlez pas de la même chose pour sûr, car la solution proposée par spi100 ne convient pas dans ce cas...
Patrick a raison, en fait k.E = 0 implique k et E perpendiculaire si k est réel. Dans le cas d'un milieu absorbant, une partie imaginaire apparait dans k.
Pour fixer les idées, je prends un exemple : si k = e1 + i e2, et E = e1 + ie2, avec e1 perpendiculaire à e2, on a bien k.E = 0, mais pourtant Re(k) est colinéaire à Re(E).
Dans les guides d'onde ou dans la matière, dès que tu as une onde évanescente, tu ne peux plus conclure que E, B, et k forment un trièdre.
J'achète.
Ceci dit, le milieu absorbant que tu décris (et donc k pas réel), c'est réalisé précisément par une distribution de charge nulle en moyenne seulement. Je me trompe peut-être, mais je n'arrive pas à imaginer un milieu absorbant avec rho rigoureusement nul en chaque point. Quel est votre point de vue là-dessus ?
Une onde évanescente peut apparaitre à la surface d'un métal, mais effectivement ça semble rejoindre ce que disait Patrick, c'est bien les conditions aux limites qui font apparaitre l'onde évanescente.
Deep_Turtle, nous sommes globalement d'accord. Comme tu le fais remarquer, la solution que propose spi100 pour le champ électrique ne s'applique qu'aux ondes EM se propageant dans des milieux illimités ce qui est loin d'être le cas général. J'avais cité en contre exemple le cas des ondes guidées pour lesquelles on ne peut exprimer E par l'expression :
amplitude (uniforme) x terme de phase.
La raison comme tu le sais est que l'amplitude E0 (de l'expression donné par spi100) dépend aussi de l'espace ce qui ne conduit pas nécessairement à E orthogonal à k quand on applique Maxwell Gauss. Donc spi100 a raison si on limite la discussion aux ondes planes (cas de sa dernière intervention) mais tel n'était pas il me semble le sens initial de la question de Laskar qui cherchait de l'info sur les ondes EM au sens général.
Donc je considère-comme la plupart j'imagine-que les phrases suivantes (je cite spi100):
''Dans une onde électromagnétique, le champ électrique et le champ magnétique sont perpendiculaires entre eux.
Et tous les deux sont dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde.''
ne s'appliquent qu'aux ondes planes, ou sphériques, ou du moins se propageant dans un milieu illimité. Ces phrases (du moins celle établissant que E et B sont toujours dans le plan perpendicualire à k) sont donc fausses dans le cas d'onde EM quelconque (question initiale de ce fil).
Ma remarque était qu'il est faux de dire que toutes les ondes électromagnétiques sont transverses EM (soit E et B dans le plan perpendiculaire au vecteur d'onde en un point donné). Par contre, bien sûr toutes les ondes EM planes sont transverses EM, là pas de pbe. Je crains que la réponse de Spi100 ne conduise Laskar à penser que toutes les ondes EM se propageant sont des ondes planes (ou sphériques, ou cylindriques bref sont des ondes se propageant dans un milieu sans limite) et donc transverses ce qui est évidemment faux mais est une iéée souvent répandue que je m'en voudrais de laisser croire à Laskar même si je me doute bien que spi100 est évidemment au courant du fait. Désolé d'avoir crée cette confusion si tel était le cas.
Revenant à ta remarque sur E et D nous sommes d'accord mais c'est hors de propos dans mon raisonnement car je considérais un espace (vide) sans charge électrique mais limité par des surfaces conductrices parfaites et alors il n'y a pas lieu de distinguer les orientations de E et D car il n'y a pas de charges liées.
Pour revenir à mon précédent message sais-tu si on peut établir que pour une onde EM quelconque (cas le plus général), les champs E et B se propageant sont nécéssairement orthogonaux entre eux en absence de charges liées (pas de diélectriques ou du moins pas de diélectriques anisotropes) dans le milieu de propagation. Pour simplifier supposons le milieu de propagation (pouvant être limité par des surfaces quelconques) = vide. Ca m'intrigue, la question est lancée mais j'avoue ne pas avoir chercher encore à y répondre .
Désolé spi100 nos réponses se sont croisées le temps que j'écrive.
Sommes-nous d'accord maintenant?
Le cas de l'onde évanescente dont tu parles ne s'applique pas au cas que je cite d'une surface conductrice parfaite (E et B nuls dans le conducteur parfait). Par contre nous sommes d'accord sur le fait que si Rho est nulle partout je ne vois pas comment il pourrait y avoir absorption sauf si milieu diélectrique car alors il faut faire intervenir les charges liées apparaissant par polarisation (permittivité différente de celle du vide et éventuellement complexe pour avoir absorption). Cette question des diélectriques ne s'applique en fait pas dans ma réponse initiale car pour l'llustrer plus simplement, je peux considérer seulement le vide comme milieu de propagation mais limité par des surfaces conductrices parfaites.
J'espère être clair?
Oui, mais là il va falloir que tu me donnes un exemple plus précis, car si k n'a pas de partie imaginaire, je ne vois pas comment même avec des conditions aux limites, tu peux avoir k, E et B non perpendiculaires entre eux.
Je concois par contre très bien que des conditions aux limites imposent des modes évanescents.
Spi100 : je confirme ma réponse précédente.
Les ondes qui se propagent dans le vide (donc évidemment non chargé, ni ne donnant lieu à des phénomènes de polarisation de la matière car celle-ci est absente) mais dans un vide limité par des parois parfaitement conductrices (disons métalliques pour illustrer) ne sont pas nécessairement des ondes transverses EM (soit E ou bien B se propageant peut avoir une composante non nulle suivant le vecteur d'onde k). Dans un tel cas d'onde EM guidée, il est par contre possible d'avoir des ondes transverses électriques (pas de composante de E le long de la direction de propagation) et/ou des ondes transverses magnétiques (pas de composante de B le long de la direction de propagation). Donc, dans le cas général, E, B et k ne forment pas nécessairemnt un trièdre rectangle et ceci même si k est réel. La confusion vient souvent du fait qu'on considère implicitement et uniquement des ondes EM planes mais ce n'est pas obligatoire et même dans certains cas c'est impossible lorsqu'il y a des conditions aux limites à respecter pour E et B.
Je précise, dans ce système le vecteur d'onde k est réel (lorsqu'il y a propagation c'est-à-dire pour des fréquences d'onde supérieures à la fréquence de coupure fc du guide d'onde considéré) et pourtant l'onde n'est pas transverse EM. Je suis par contre d'accord avec toi qu'il peut aussi exister des ondes évanescentes se propageant dans le vide placé à l'intérieur du guide métallique mais seulement si la fréquence de l'onde EM est inférieure à la fréquence de coupure du guide d'onde. Comme la fréquence dépend de la source il est bien sûr possible de considérer des fréquences > fc, c'est seulement une question d'émetteur et alors l'onde dans ces cas n'est pas TEM à l'intérieur du guide (et même si le vecteur d'onde k y est réel).
Je concède qu'il y a, en toute rigueur (si on considère l'aspect fini de la conductivité du métal), des ondes évanescentes à l'intérieur du métal constituant les parois du guide d'onde mais il n'y en a pas si on considère ce métal parfaitement conducteur (hypothèse dans mon exemple). En fait, même si on considère un modèle plus proche de la réalité (si elle existe...?) où la conductivité du métal est considérée finie (et donc où l'onde pénètre dans le métal sur la profondeur de peau 'grosso modo'), il y a en effet une onde EM évanescente mais uniquement dans le métal constituant les parois du guide d'onde. Même dans ce cas de modèle plus réaliste (conductivité finie pour le guide d'onde), il n'y a toujours pas d'onde évanescente dans l'espace (=vide) à l'intérieur de la cavité où se propage l'onde car k est réel (toujours si f est supérieur à fc). Dans cet espace, comme dans le cas avec un modèle de conducteur parfait pour les parois du guide, l'onde n'est pas nécessairement TEM et pourtant les champs respectent bien les équations de Maxwell et les équations de continuités aux parois (et k est réel).
Je peux détailler les calculs si tu veux (mais c'est fastidieux) mais tu trouveras un exemple simple de tout ça avec le guide d'onde rectangulaire métallique parfait, placé dans le vide. C'est illustré dans pas mal de bouquins, par ex., Jackson, Electrodynamique classique, Lumbroso avec son bouquin d'exo sur les résolutions de pbes sur les OEM (Dunod, maths Spé) ou le Dubost sur Propagation libre et guideée des OEM chez Masson. A toi de dire si tu veux que je donne plus de détails de calculs.
Désolé pour la longue réponse qui se voulait plus explicite que mes précédentes. Suis-je clair?
Voila qui est bougrement technique ! ...
Pour l'instant, savoir si oui ou non la propagation des ondes EM est perpendiculaire aux champs ne m'interesse que moyennement.
J'aimerais connaître le principe d'emission de ces ondes. Est-ce qu'avec des mots simples (je n'ai que 14 ans !) quelqu'un pourrait m'expliquer comment fonctionne, par exemple, une antenne radio ?
Le principe même du phénomène ondulatoire est très flou pour moi. Tout ça est tellement abstrait !
Mon but serait de pouvoir fabriquer un petit emetteur/recepteur style talky-walky et tenter de comprendre le principe fondamental des ondes électromagnétiques porteuses d'informations ...
Un bouquin à me suggerer ou une URL ?
Il faut tout d'abord savoir que si tu fais osciller une charge electrique à une fréquence w, tu vas rayonner une onde de fréquence w.Voila qui est bougrement technique ! ...
Pour l'instant, savoir si oui ou non la propagation des ondes EM est perpendiculaire aux champs ne m'interesse que moyennement.
J'aimerais connaître le principe d'emission de ces ondes. Est-ce qu'avec des mots simples (je n'ai que 14 ans !) quelqu'un pourrait m'expliquer comment fonctionne, par exemple, une antenne radio ?
Le principe même du phénomène ondulatoire est très flou pour moi. Tout ça est tellement abstrait !
Mon but serait de pouvoir fabriquer un petit emetteur/recepteur style talky-walky et tenter de comprendre le principe fondamental des ondes électromagnétiques porteuses d'informations ...
Un bouquin à me suggerer ou une URL ?
Une note de musique, correpond à une fréquence donnée, le la par exemple a une fréquence de 440 Hz. Le principe est alors d'établir une correspondance entre les fréquence sonores et les fréquence des ondes électromagnétiques.
Tu peux fabriquer un émetteur pour transmettre des notes de musiques, il suffit que pour le do tu fasses osciller une charge à la fréquence w, pour le ré à la fréquence 2w, etc. De l'autre coté le récepteur va capter l'onde, et regarder sa fréquence. Si c'est w, il sait que c'est un do, si c'est 2w il sait que c'est un ré, etc.
Maintenant si tu veux transmettre des accords de musique par exemple un accord do, ré, mi. Tu fais osciller trois charges, tu va générer une onde qui est la superposition d'une onde de fréquence w, d'une onde de fréquence 2w, d'une onde de fréquence 3w. De l'autre coté, le récepteur décompose l'onde qu'il recoit, et trouve les fréquences w, 2w, et 3w. Il sait alors que tu as envoyé un accord do, ré, mi.
Voilà grosso-modo, le principe d'un émetteur EM.
Attention...il suffit que pour le do tu fasses osciller une charge à la fréquence w, pour le ré à la fréquence 2w
Si w c'est un do, alors 2w c'est le do une octave plus haut... Quant à la définition du ré, il y a plusieurs gammes différentes qui existent, pour des raisons à la fois historiques et esthétiques...
Oui, bon je n'y connais pas grand chose en musique, mais le principe est bien là. Laskar corrigera, j'essayais juste d'expliquer simplement que l'on essaie d'établir une relation de proportionnalité entre les fréquences sonores et les fréquences électro-magnétiques générées.
Bon après dans la mise en place technique, il y a d'autres problèmes, Par exemple, il faut eviter que le signal soit absorbé par l'air, ce qui impose que tu ne peux pas émettre sur n'importe quelle fréquence.
Dernière modification par spi100 ; 16/09/2004 à 13h06.
Oui oui, pas de problème sur le principe, je voulais juste pinailler un peu sur les notes... Sinon, il faut peut-être préciser qu'en pratique, pour transmettre, on n'utilise jamais directement les fréquences sonores : la voix humaine couvre le spectre de 20 Hz a 20 kHz (on peut pinailler sur ça aussi mais bon), mais ce ne sont pas du tout ces fréquences-là qu'on transmet dans les ondes électromagnétiques. On ne fait donc pas une onde EM qui reproduit exactement les fréquences de l'onde sonore, pour plusieurs raisons :
1/ à ces fréquences on a trop de pertes dans l'onde électromagnétique
2/ il serait impossible de transmettre 2 radios différentes en même temps...
EN fait, on transmet une onde de fréquence beaucoup plus élevée (autour de 100 MHz pour la FM et plus bas pour l'AM) par le principe exposé par spi100. On code le signal qu'on veut transmettre dans de faibles changements d'amplitude ou de fréquence de cette onde de départ (qu'on appelle porteuse), et ça s'appelle respectivement modulation d'amplitude (AM ou grandes ondes) et modulation de fréquence (FM)...
