Amplitude des ondes éléctromagnétiques

[invitedbff73f8]

bonjour,

merci, mais quelle est la valeur du champ electrique maximum et du champ magnétique maximum ?

Et quel est le lien avec l'énergie de l'onde ?

cordialement,

mathematix
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[mbochud]

Le champ max dépend de l'intensité. Au foyer d'un laser pulsé et assez puissant, ce champ peut dépasser 50kV/cm et créer un arc dans l'air (claquage).

[b@z66]

En passant, Lari montre bien le danger de « chosifier » l’onde électromagnétique et que le modèle de l’onde EM se contente (et la fait très bien) de décrire les observations.

Bien sûr, la représentation mathématique du champ électromagnétique avec les vecteurs n'est qu'un modèle mais ce n'est pas une raison pour penser que l'onde électromagnétique n'est rien ou plutôt juste un intermédiaire non essentiel à la compréhension de l'interaction entre différentes distributions de charges électriques comme cela peut l'être dans les régimes statiques. L'argument principal pour cela, je le répète, réside dans le fait qu'une onde électromagnétique et les effets qu'elles provoquent à un instant donné peuvent être considérés indépendamment des sources qui lui ont donné naissance. Le vecteur de Poynting n'est pas là pour juste faire joli mais pour traduire la présence d'un flux d'énergie dans l'onde électromagnétique. La théorie de Maxwell ne donne pas plus de détail sur l'origine de ce flux d'énergie qui peut parfaitement être localisé et densifié dans l'espace(même si la découverte du photon l'a précisée). Et franchement, pour ne pas être trop abstrait, je préfère voir en physique la notion d'énergie qui se ballade que celle de potentialité même si j'ai bien compris que Lari assimilait un peu rapidement les deux.

[mbochud]

« ce flux d'énergie peut être parfaitement localisé et densifié dans l'espace » B@z66


Dans le message 30,il est dit « L’intensité I d’une onde plane exprimée en w/m2 est définie ici comme valeur moyenne sur plusieurs cycles »
Cette moyenne temporelle a un caractère statistique que l’on peut associer à la moyenne spatiale de l’intensité sur un écran montrant l’interférence du montage de Young.
Si l’on produit cette figure avec une intensité très faible, l’image sur l’écran ne devient que quelques points où l’on ne reconnait plus l’interférence classique.
Tout ce que l’expérience me montre, c’est que le rapport entre amplitude du champ (carré) et intensité a donc une validité statistique.

[b@z66]

La théorie de Maxwell ne donne pas plus de détail sur l'origine de ce flux d'énergie qui peut parfaitement être localisé et densifié dans l'espace(même si la découverte du photon l'a précisée).

« ce flux d'énergie peut être parfaitement localisé et densifié dans l'espace » B@z66


Dans le message 30,il est dit « L’intensité I d’une onde plane exprimée en w/m2 est définie ici comme valeur moyenne sur plusieurs cycles »
Cette moyenne temporelle a un caractère statistique que l’on peut associer à la moyenne spatiale de l’intensité sur un écran montrant l’interférence du montage de Young.
Si l’on produit cette figure avec une intensité très faible, l’image sur l’écran ne devient que quelques points où l’on ne reconnait plus l’interférence classique.
Tout ce que l’expérience me montre, c’est que le rapport entre amplitude du champ (carré) et intensité a donc une validité statistique.

La théorie de Maxwell ne donne pas seulement des valeurs moyennes statistiques au cours du temps mais plus précisément des valeurs instantanées. L'aspect statistique n'est toutefois pas à sous-estimer puisque à petite échelle la double nature du rayonnement électromagnétique se manifeste mais ceci sort du domaine de la théorie de Maxwell sur laquelle, je le rappelle, je m'appuyais dans mon précédent commentaire. A ce titre l'expérience de Young est typiquement plutôt l'illustration de base utilisée en MQ pour ce qui est du double aspect observé.

[invite8143fd64]

je n'ai que 12ans mais j'ai trouver des formules sur les ondes:longueur d'onde*fréquence=vitesse de la lumière(ça peut servir pour convertir hz et longueur d'onde)et il y a pas long temps j'ai trouver:amplitude*vitesse de la lumière/fréquence=zone de couverture

[invite8143fd64]

pour le son c'est en décibels

[LPFR]

... il y a pas long temps j'ai trouvé:amplitude*vitesse de la lumière/fréquence=zone de couverture

Bonjour et bienvenu au forum.
Oubliez cette formule et l'endroit où vous l'avez trouvée. Elle est complètement fausse.
Au revoir.

[LinusT]

Le carré de Em (l'amplitude) est proportionnel à la Puissance de l'onde électromagnétique

[Deedee81]

Salut,

Bienvenue sur Futura.

Attention, c'est une discussion vieille de sept ans
Bon (une fois n'est pas coutume) les participants sont toujours là (enfin presque)

Et surtout n'oublie pas de dire bonjour (consulte la charte s'il te plaît)

[Gabriel7555]

Bonjour,

Je cherche à déterminer l'amplitude d'une onde électromagnétique (dans le domaine des infrarouges) lorsque sa fréquence et son énergie sont connues. J'ai besoin de me faire une représentation spatiale de cette amplitude (c'est à dire en mètres) car je souhaite calculer le nombre de molécules que l'onde peut exciter (molécules excitées en mode vibrationnel) lorsqu'elle traverse (pendant un temps donné) un gaz de composition connue.
Par exemple : soit une onde de 8µm de longueur d'onde émise à la puissance de 10 Watts par m2 par une surface plane, on en déduit facilement le nombre de photons par seconde et l'énergie de chaque photon (E = N h c/lambda) mais quelle est l'amplitude en mètres, le "volume occupé" par cette onde ? J'arrive à trouver des formules simples pour trouver l'amplitude et mieux encore l'amplitude efficace plus utile dans mon cas, mais c'est une valeur en Volts par mètre, celle du champ électrique, me voilà bien avancé.
Autre façon de poser la même question : l'onde "transporte" des photons, ces derniers varient dans l'espace et dans le temps et en force, de façon sinusoïdale autour (en position orthogonale) de l'axe de direction de l'onde : très bien mais à quelle distance moyenne ou efficace se trouvent-ils par rapport à l'axe ? Comment relier longueur d'onde et amplitude efficace, en mètres ? On imagine mal (intuitivement) une longueur d'onde en microns et une amplitude en mètres ou en kms, mais est-ce à dire que les deux dimensions ont forcément ou généralement le même ordre de grandeur (µm) ou pas du tout ?
Merci d'avance !!

[f6bes]

Comment relier longueur d'onde et amplitude efficace, en mètres ? On imagine mal (intuitivement) une longueur d'onde en microns et une amplitude en mètres ou en kms, mais est-ce à dire que les deux dimensions ont forcément ou généralement le même ordre de grandeur (µm) ou pas du tout ?
Merci d'avance !!

Bjr à toi, Amplitude et fréquence n'ont rien à voir l'une avec l'autre !
Une amplitude c'est en qq sorte une "puissance" (1mW, 1 W ,100 W 1000 kW...)
Ce qui n'a rien a voir avec la longueur d'onde.
Tu peux trés bien avoir par exemple pour un laser soit une amplitude de 1 et un autre laser (meme fréquence) etre
dix fois plus puissant....ou plus !
L'un c'est des unités issuent du métre , (longueur d'onde) , l'autre issue des unités....électriques. Donc rien à voir l'un avec l'autre .
bonne journée

[coussin]

Ce que vous demandez (le "volume occupé par l'onde") dépend de quelle type d'onde (onde plane, onde sphérique, onde focalisée type laser, rayonnement dipolaire type antenne, etc). Indépendamment de la fréquence et de la puissance.
Au fur et à mesure de la propagation, cette onde remplie de plus en plus d'espace.
Impossible de répondre sans exemple concret.

[coussin]

Dans certains cas très particulier (nano plasmonique), il est même possible de confiner, pour un temps, une onde EM dans un tout petit volume (idéalement sub longueur d'onde) pour atteindre des densités d'énergie EM les plus grandes possibles. Ici, le confinement créé une onde stationnaire plutôt que propageante.
Mais ne mettons pas la charrue avant les bœufs Avez-vous un exemple concret ?

[Gwinver]

Bonjour.

Par exemple : soit une onde de 8µm de longueur d'onde émise à la puissance de 10 Watts par m2 par une surface plane, on en déduit facilement le nombre de photons par seconde et l'énergie de chaque photon (E = N h c/lambda) mais quelle est l'amplitude en mètres, le "volume occupé" par cette onde ? J'arrive à trouver des formules simples pour trouver l'amplitude et mieux encore l'amplitude efficace plus utile dans mon cas, mais c'est une valeur en Volts par mètre, celle du champ électrique, me voilà bien avancé.

Tout dépend de la façon dont l'onde est émise: de façon omnidirectionnelle ou bien plus ou moins dirigée.

Dans tous les cas, l'onde est émise suivant un certain angle solide, cet angle détermine la surface atteinte par ce rayonnement en fonction de la distance.
Il faut s'accorder sur le sens du mot amplitude.
Comme dit plus haut, habituellement, on considère des grandeurs comme la puissance (en W/m²) ou une valeur de champ électrique en V/m ou magnétique en A/m.
Si on parle d'un volume, le volume irradié est grosso modo un cône dont le sommet est l'origine du rayonnement et l'angle fonction du mode d'émission.

Autre façon de poser la même question : l'onde "transporte" des photons, ces derniers varient dans l'espace et dans le temps et en force, de façon sinusoïdale autour (en position orthogonale) de l'axe de direction de l'onde : très bien mais à quelle distance moyenne ou efficace se trouvent-ils par rapport à l'axe ? Comment relier longueur d'onde et amplitude efficace, en mètres ? On imagine mal (intuitivement) une longueur d'onde en microns et une amplitude en mètres ou en kms, mais est-ce à dire que les deux dimensions ont forcément ou généralement le même ordre de grandeur (µm) ou pas du tout ?

On ne peut pas dire que l'onde transporte des photons, mais plutôt que l'onde est constituée de photons.
Connaissant l'énergie du photon et la densité de puissance en W/m², on peut déduire le flux de photons traversant la surface considérée.
Les photons sont répartis de façon plus ou moins uniforme sur l'ouverture du rayonnement.
Pour une irradiation sur un secteur donné, et connaissant la loi d'irradiation en fonction de l'angkle, on peut déterminer le flux de photons pour chaque direction depuis la source. En étant loin de la source, il est possible de considérer que le flux est homogène sur une surface donnée occupant uen faible part de la zone irradiée.

Les lois de propagation sont assez simples :
le flux décroît en 1/r² (sauf dans le cas d'une source type laser avec un rayonnement cohérent).
La densité de puissance en W/m² suit l' loi d'Ohms avec l'impédance du vide qui vaut 120 Pi (377 Ohms).
Les champs électrique et magnétique sont reliés par la loi classique :
W/m² = A/m x V/m, W/m² = (V/m)²/377, V/m = A/m x 377

[f6bes]

Ce que vous demandez (le "volume occupé par l'onde") .

Remoi,, Je ne suis pas sur que ce soit cela qui est demandé ?
Je suppose que la demande c'est : "le maximum que peut prendre le signal " (onde).
Sachant que ce maxi (amplitude) diminue comme le carré de la distance.
A gabriel d'affiné sa demande.
Bonne journée

[jacknicklaus]

Bonjour,

l'onde "transporte" des photons, ces derniers varient dans l'espace et dans le temps et en force, de façon sinusoïdale autour (en position orthogonale) de l'axe de direction de l'onde

non, petit problème ici. Une onde EM, ce n'est pas des photons qui se déplacent en oscillant

[Gabriel7555]

Bonjour,
Merci beaucoup pour vos réponses qui m'éclairent, je comprends bien que longueur d'onde et amplitude sont 2 notions qui n'ont rien à voir... Intuitivement pourtant c'est difficile à se représenter, une onde a une certaine longueur (lambda) et une certaine "hauteur" (son amplitude ou son champ électrique, laissons tomber le magnétique qui serait négligeable (?)) qui est censée être "spatiale" elle aussi dans le sens où plus je m'éloigne du champ plus il sera faible. Donc il y a une certaine distance "utile" autour de l'axe de propagation de l'onde, celle où pourront se passer des événements qui requièrent une certaine Qté d'énergie, et une distance plus éloignée ou rien ne se passera (champ trop faible, inférieur à l'énergie requise).

Imaginons "une seule onde" IR émise dans une seule direction par une source considérée comme un point infiniment petit : à quelle distance minimale (ou efficace) doit se trouver l'objet irradié (une molécule excitable en mode vibrationnel par un photon IR) de l'axe de propagation de l'onde (on admet que chaque photon transmet nécessairement son énergie à toute molécule suffisamment proche ("dans" le champ électrique d'énergie suffisante) même s'il doit peut-être y avoir d'autres notions comme le spin à prendre en compte aussi) ?
Merci d'avance !

[calculair]

Il y a une contradiction physique :

une source ponctuelle ne peut émettre dans une seule direction Au contraire cette source diffracte dans tout l'espace. Toutes les dierctions sont illuminées par cette source ponctuelle.

Evidemment l'énergie de cette source se repartie sur toute la surface de l'onde sphérique émise Si P est la puidssance de cette source à la distance D la puissance reçue sur surface Sr de réception sera

P' = P / ( 4 pi D2) x Sr

Bonjour,
Merci beaucoup pour vos réponses qui m'éclairent, je comprends bien que longueur d'onde et amplitude sont 2 notions qui n'ont rien à voir... Intuitivement pourtant c'est difficile à se représenter, une onde a une certaine longueur (lambda) et une certaine "hauteur" (son amplitude ou son champ électrique, laissons tomber le magnétique qui serait négligeable (?)) qui est censée être "spatiale" elle aussi dans le sens où plus je m'éloigne du champ plus il sera faible. Donc il y a une certaine distance "utile" autour de l'axe de propagation de l'onde, celle où pourront se passer des événements qui requièrent une certaine Qté d'énergie, et une distance plus éloignée ou rien ne se passera (champ trop faible, inférieur à l'énergie requise).

Imaginons "une seule onde" IR émise dans une seule direction par une source considérée comme un point infiniment petit : à quelle distance minimale (ou efficace) doit se trouver l'objet irradié (une molécule excitable en mode vibrationnel par un photon IR) de l'axe de propagation de l'onde (on admet que chaque photon transmet nécessairement son énergie à toute molécule suffisamment proche ("dans" le champ électrique d'énergie suffisante) même s'il doit peut-être y avoir d'autres notions comme le spin à prendre en compte aussi) ?
Merci d'avance !

[Lil00]

Bonjour,
Merci beaucoup pour vos réponses qui m'éclairent, je comprends bien que longueur d'onde et amplitude sont 2 notions qui n'ont rien à voir... Intuitivement pourtant c'est difficile à se représenter, une onde a une certaine longueur (lambda) et une certaine "hauteur" (son amplitude ou son champ électrique, laissons tomber le magnétique qui serait négligeable (?)) qui est censée être "spatiale" elle aussi dans le sens où plus je m'éloigne du champ plus il sera faible. Donc il y a une certaine distance "utile" autour de l'axe de propagation de l'onde, celle où pourront se passer des événements qui requièrent une certaine Qté d'énergie, et une distance plus éloignée ou rien ne se passera (champ trop faible, inférieur à l'énergie requise).

Imaginons "une seule onde" IR émise dans une seule direction par une source considérée comme un point infiniment petit : à quelle distance minimale (ou efficace) doit se trouver l'objet irradié (une molécule excitable en mode vibrationnel par un photon IR) de l'axe de propagation de l'onde (on admet que chaque photon transmet nécessairement son énergie à toute molécule suffisamment proche ("dans" le champ électrique d'énergie suffisante) même s'il doit peut-être y avoir d'autres notions comme le spin à prendre en compte aussi) ?
Merci d'avance !

Bonjour Gabriel,

Tu sembles te représenter une onde électromagnétique comme une oscillation de photons autour d'un axe : si c'est le cas, oublie très vite cette image ! L'amplitude n'a rien à voir avec une distance.

Une onde électromatique, c'est un outil mathématique qui permet de modéliser le fonctionnement des rayonnements, en décrivant la variation des champs électrique et magnétique dans l'espace et dans le temps. Le photon, c'est une autre modélisation qui permet de quantifier ce fonctionnement.
D'autres que moi expliqueront sans doute beaucoup mieux la dualité onde-corpuscule, mais ce sont deux notions qu'il ne faut pas mélanger, sous peine de se faire des idées très fausses.

[f6bes]

Remoi, Gabriel un exemple, disons basique:
je crie :ouuuuuuuuuuuuuu(= fréquence
je crie le meme ouuuuuuuuuu c'est toujours la meme fréquence....par contre je te laisse juger
de l'amplitude.
Bonne journée

[Gabriel7555]

Merci calculair et LilOO pour vos réponses, je viens de comprendre la grave confusion commise, on ne peut pas raisonner avec des "ondes de photons", l'onde permet de définir les champs E et B (entre autres), le photon est juste là pour nous rappeler la nature discrète des choses (le paquet minimum d'énergie incompressible), sacrebleu où avais-je la tête, je l'ai pourtant appris à l'école ce truc ! (dualité corpus-onde, bon à ma décharge je ne suis pas physicien mais biologiste, voilà ce qui se passe quand on sort de ses sentiers habituels et que les souvenirs scolaires commencent à dater !).
Bien noté que l'onde part dans toutes directions depuis un point mais même question si elle part d'une surface plane (X Watts/m2), quelle puissance reçue sur surface Sr en fonction de la distance par rapport à la source ?
Merci, je sens que j'approche du but !

[gts2]

même question si elle part d'une surface plane (X Watts/m2), quelle puissance reçue sur surface Sr en fonction de la distance par rapport à la source ?

L'idée de base est que, en absence de pertes, la puissance émise par la source est égale à la puissance reçue par la surface éclairée totale.

[Gwinver]

Bonsoir.

Bien noté que l'onde part dans toutes directions depuis un point mais même question si elle part d'une surface plane (X Watts/m2), quelle puissance reçue sur surface Sr en fonction de la distance par rapport à la source ?

Dire que l'onde part d'une surface plane ne donne aucune indication sur la façon dont l'onde est rayonnée dans l'espace.

Par contre, une onde plane issue d'une source très lointaine peut être considérée comme plane sur une petite portion de l'espace.
On pourrait dans ce cas imaginer placer une fenêtre ne laissant passer l'onde que sur une certaine distance.
Cette fenêtre doit être grande devant la longueur d'onde pour limiter les effets de réfraction sur les bords.
Sur cette fenêtre, on a alors une certaine densité de puissance en W/m².
Par ailleurs, la puissance décroît en 1/r², r étant la distance depuis la source.
Connaissant la distance entre la source et la fenêtre, il est possible d'évaluer la densité au travers d'une autre fenêtre placée un peu plus loin.
Et si la distance entre les fenêtres est faible devant la distance de la source, les deux uissances seront proches.

[Contrario666]

On peut parler des heures durant si on confond une onde et un spectre.

Des atomes ou molécules excités (par exemple par chocs) se désexcitent en émettant une onde électromagnétique. Celle-ci peut se décomposer en une superposition d'ondes sinusoïdales (monochromatiques) caractérisées par leurs longueurs d'onde. Le spectre est constitué par l'ensemble des longueurs d'onde présentes. On peut le matérialiser à l'aide d'un prisme de décomposition de la lumière en un ensemble de lignes, les raies spectrales, qui correspondent aux différentes longueurs d'onde émises. Pour plus de précision, on peut également représenter ce spectre comme un graphe de l'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectr...agn%C3%A9tique

Un spectre laser c'est fantomatique.

[Gabriel7555]

Merci beaucoup pour vos réponses respectives, j'y vois maintenant beaucoup plus clair ! Bonne journée à tous !

[calculair]

bonjour ,

il faut toujours revenir aux principes fondamentaux

1) il y a toujours conservation de l'énergie

2) dans la propagation dans un mieux transparent ( qui n'absorbe pas l'énergie comme le vide ) l'énergie de la source se répand ( ou se dilue ) sur toute la surface d'onde à la distance D de la source

donc si la source ponctuelle est de puissance P ; 0 la distance D la surface d'onde sphérique est 4 PI D2; C'est sur cette surface que l'on retrouve la puissance P . Alors la puissance par unité de surface sur cette sphère est P'' = P /(4 PI D2) . La puissance reçus sur une surface Sr de cette est Pr = P/( 4PI D2). Sr

Dans ce calcul il y a bien conservation de la puissance ou de l'énergie de la source qui s'est répandue sur toute la surface d'onde à la distance D


Le problème se complique un peu si la source n'est pas ponctuelle, alors il y a lieu de tenir compte d'une diffraction partielle que l'on appelle directivité et qui concentre l'émission dans des directions privilégiées. En optique c'est l'effet d'un projecteur. L'onde n'est plus totalement sphérique.

Merci beaucoup pour vos réponses respectives, j'y vois maintenant beaucoup plus clair ! Bonne journée à tous !

[Gabriel7555]

Merci ! Dans mon cas la source plane est grande relativement au chemin / gaz traversé donc ce devrait être une approximation acceptable de considérer une direction privilégiée (sauf sur les bords) perpendiculaire à la source.
Merci encore

[calculair]

Dans le cas ou la surface émissive des ondes est S :

voir le document

Merci ! Dans mon cas la source plane est grande relativement au chemin / gaz traversé donc ce devrait être une approximation acceptable de considérer une direction privilégiée (sauf sur les bords) perpendiculaire à la source.
Merci encore