E=hv, onde électromagnétique

[EspritTordu]

Bonjour,

Un lien sur Wikipédia sur le rayonnement électromagnétique :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonne...agn%C3%A9tique

Il est dit que le rayonnement électromagnétique peut être modélisé soit par une onde, soit par un photon.
Une onde, me semble-t-il est déterminée par sa fréquence et son intensité et sa phase, n'est-ce pas? Comment calcule-t-on l'énergie d'une onde?
Si on prend le cas du photon, je lis que son énergie est déterminée par E=hv (h, constante de Plank, J.s ; et nu, fréquence de l'onde/photon s.d). Où se trouve la référence à l'intensité de l'onde?

Merci d'avance.
-----

[invitef16d06a2]

Comment calcule-t-on l'énergie d'une onde?

Une onde transporte de l'énergie et pour la calucler on utilise les fameuses équations de Maxwell

[invitef16d06a2]

Si on prend le cas du photon, je lis que son énergie est déterminée par E=hv (Où se trouve la référence à l'intensité de l'onde?

pourrais tu etre plus clair au niveau de ta question ?

[EspritTordu]

Quel est la formule pour calculer l'énergie d'une onde? N'est-ce pas un truc avec le vecteur de Pointing?

Pour moi, deux ondes qui ont la même fréquence et qui n'ont pas la même intensité (c'est-à-dire par exemple deux champs Elec différents en valeur absolue) ont une énergie différente, non? Or dans E=Hv, il n'y a pas d'intensité, il n'y a qu'une fréquence!

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite417be55c]

pourrais tu etre plus clair au niveau de ta question ?

Bah... le nombre de photons ?

[invite88ef51f0]

Salut,
L'énergie d'une onde est proportionnelle au carré de son amplitude.

Pour moi, deux ondes qui ont la même fréquence et qui n'ont pas la même intensité (c'est-à-dire par exemple deux champs Elec différents en valeur absolue) ont une énergie différente, non? Or dans E=Hv, il n'y a pas d'intensité, il n'y a qu'une fréquence!

Oui. Donc deux ondes de même fréquence mais de même intensité n'auront pas le même nombre de photons.

[invitef16d06a2]

Bah... le nombre de photons ?

c'est pas clair, reformule moi la question merci

[invitef16d06a2]

L'énergie d'une onde est proportionnelle au carré de son amplitude.

Mais dans le cas d'une onde électromagnetique on doit passer par les équations de Maxwell

[EspritTordu]

Oui. Donc deux ondes de même fréquence mais de même intensité n'auront pas le même nombre de photons.

Ou se trouve les photons sur l'onde...?

[invitef16d06a2]

Ou se trouve les photons sur l'onde...?

il y en a pas

[invitefa5fd80c]

Ou se trouve les photons sur l'onde...?

L'onde électromagnétique, à l'inverse des ondes sonores par exemple, n'est pas une perturbation se propageant dans un milieu matériel. L'énergie de l'onde étant quantifiée sous forme de photons, particules ayant un comportement quantique, on peut considérer que la densité d'énergie de l'onde telle que définie en électromagnétisme classique ( une constante fois , où et sont les champs électriques et magnétiques ) est égale au nombre moyen de photons par unité de volume fois l'énergie moyenne des photons.

[f6bes]

Salut,
L'énergie d'une onde est proportionnelle au carré de son amplitude.

Oui. Donc deux ondes de même fréquence mais de même intensité n'auront pas le même nombre de photons.

Bjr Coin coin,
T'as pas glissé là ??

Bonne journée

[invitea01d101a]

Ou se trouve les photons sur l'onde...?

Bonjour,

Les photons ne doivent pas être vus comme des "grains" de lumière, mais comme des excitations fondamentales (par exemple du vide).

Une excitation n'est pas forcément localisée. Exemple : corde de guitare pincée : après relâchement, la corde vibre sur toute sa longueur. L'excitation est parfaitement définie, pas la position de quelque chose.

La spécificité des photons réside dans le fait que l'on ne peut prélever, dans un champ EM donné, une quantité d'énergie différente de ce que la loi de Planck donne (). Le nombre d'excitation (ie le nombre de photons) ne peut changer que de façon discrète (par exemple, suite à une interaction avec un électron dans un atome ; l'interaction ne peut se faire entre un champ EM et une partiqule que si cette dernière a une charge électrique - le "q" de partiqule rappelle alors que ces objets ne sont pas des points dans l'espace, "q" vient du fait que les échanges d'énergie se font de manière quantifiée). C'est ce qui constitue la spécificité du monde quantique dans lequel on vit...

Cordialement,

[invitea01d101a]

L'onde électromagnétique, à l'inverse des ondes sonores par exemple, n'est pas une perturbation se propageant dans un milieu matériel. L'énergie de l'onde étant quantifiée sous forme de photons, particules ayant un comportement quantique, on peut considérer que la densité d'énergie de l'onde telle que définie en électromagnétisme classique ( une constante fois , où et sont les champs électriques et magnétiques ) est égale au nombre moyen de photons par unité de volume fois l'énergie moyenne des photons.

je rappelle que la notion de photons n'est pas admissible dans le contexte classique des équations de Maxwell...

...même si on peut "bricoler" un ersatz d'excitation photonique "classique" (cet ersatz provient du fait que le champ EM suit la statistique de Bose-Einstein) !

Cordialement,

[EspritTordu]

il y en a pas

L'onde électromagnétique, à l'inverse des ondes sonores par exemple, n'est pas une perturbation se propageant dans un milieu matériel. L'énergie de l'onde étant quantifiée sous forme de photons, particules ayant un comportement quantique, on peut considérer que la densité d'énergie de l'onde telle que définie en électromagnétisme classique ( une constante fois , où et sont les champs électriques et magnétiques ) est égale au nombre moyen de photons par unité de volume fois l'énergie moyenne des photons.

Je ne comprends pas très bien. La fréquence du photon est identique à celle de l'onde? Qu'est-ce que la fréquence d'un photon, s'il ne colle pas à l'onde? Un photon à la taille d'une longueur d'onde?

[invitef16d06a2]

si on parle d'onde électromagnétique, il y a bien des photons par exemple un laser délivre un champ électrique et ce n'est rien d'autre que des photons. En revanche si tu parles d'ondes acoustiques, il n'y a pas de photons, et c'est bien une perturbation qui est a l'origine de ton onde

[invitefa5fd80c]

je rappelle que la notion de photons n'est pas admissible dans le contexte classique des équations de Maxwell...

Bonjour WeinbergJr,

Le concept d'onde ne se propageant pas dans un milieu matériel n'est pas non plus admissible dans le contexte classique. À moins que j'aie sauté un chapitre

...même si on peut "bricoler" un ersatz d'excitation photonique "classique" (cet ersatz provient du fait que le champ EM suit la statistique de Bose-Einstein) !

Heu, c'est quoi un "ersatz" ?

[invitefa5fd80c]

Je ne comprends pas très bien. La fréquence du photon est identique à celle de l'onde? Qu'est-ce que la fréquence d'un photon, s'il ne colle pas à l'onde?

La fréquence est un concept ondulatoire. Le photon possède une impulsion, une énergie et une polarisation. La relation entre l'énergie du photon et la fréquence de l'onde est

Un photon à la taille d'une longueur d'onde?

Un photon est ponctuel, en autant que l'on sache.

[EspritTordu]

La fréquence est un concept ondulatoire. Le photon possède une impulsion, une énergie et une polarisation. La relation entre l'énergie du photon et la fréquence de l'onde est

Qu'est-ce que la polarisation? L'impulsion et l'énergie c'est la même chose pour le photon puisqu'il est sans masse, non?

Sur Wikipédia :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Photon

Il est dit que certaines expériences induise une énergie en fonction de l'amplitude et d'autres en fonction de la fréquence...? (§ Développement de la notion de « quanta de lumière »)

si on parle d'onde électromagnétique, il y a bien des photons par exemple un laser délivre un champ électrique et ce n'est rien d'autre que des photons. En revanche si tu parles d'ondes acoustiques, il n'y a pas de photons, et c'est bien une perturbation qui est a l'origine de ton onde

Que voulez-vous dire? les ondes acoustiques ne peuvent être modélisées aussi, à l'instar du photon, par des phonons? Je ne comprends pas votre dernière phrase...

[invitea01d101a]

récapitulons !!!

Quand on essaie de vouloir mélanger les équations de Maxwell classiques et la formule , on peut déterminer non pas le nombre de photons exacts, mais une "moyenne" <-- cette moyenne est d'ailleurs justifiée après quantification du champ EM.

Rappel : vient des hypothèses suivantes :

• Le champ EM classique est considéré comme un fluide thermodynamique
• On admet que ce fluide est parfait, qu'il est isotrope dans le vide (justification par le fait que la 2ème loi de la thermo doit être valide en régime permanent)
• Ce fluide EM, dans le cas où il est enfermé dans une boîte à modes, est assimilable à une collection d'oscillateurs mécaniques indépendants
• On postule alors qu'une interaction entre le champ EM classique et un milieu externe se réalise entre un mode du champ EM et le milieu extérieur
• Cette interaction ajoute ou supprime un mode du champ EM classique de manière fatalement discrète
• Quantitativement, cet échange vise à modifier l'énergie (en plus ou en moins) du mode considéré d'une quantité valant où est une fonction à déterminer

Toutes ces hypothèses (et étapes de raisonnement mises ensemble) permettent de démontrer la loi de Planck ( est une fonction linéaire de la variable ).

Après ces florilèges, on prend alors une boîte à modes. On s'intéresse à un mode particulier (ie la fraction du champ EM ayant un vecteur d'onde donné). On calcule l'énergie de ce mode avec la formule

où et sont les champs électriques et magnétiques de vecteur d'onde envisagé.

Ainsi, le "nombre de photons" présents dans le mode vaut alors


Il suffira pour connaître le nombre "moyen" total de photons présents dans la boîte à modes de sommer le nombre précédent sur tous les modes possibles :

où il faut faire attention de sommer également des états de polarisations distincts correpondants à un même vecteur d'onde (par souci de simplicité de ce post, je ne souhaite pas développer cela plus en détail, de toutes façons, je n'ai écrit que les grandes lignes ; je ne m'intéresse en outre pas à un exo en particulier, il me paraît simplement légitime de signaler le pb de la polarisation des modes, simplement pour dire que voilà, il faut en tenir compte)

Il existe toutefois deux choses auxquelles il faut faire attention dans cette procédure :

1. Le nombre de photons obtenu n'est qu'un nombre moyen ; il ne correspond pas physiquement au nombre de photons présents dans la boîte à modes (ceci par rapport à la version quantique de la théorie ; à propos, il est impossible d'en faire une validation expérimentale directe... comment compter tous les photons ???)
2. Il y a un problème du fait que la version quantique ne redonne un champ EM classique (vérifiant les équations de Maxwell en moyenne) que dans le cas où l'on a une somme cohérente de modes quantiques... cette somme cohérente nous interdit de compter (d'après les principes fondamentaux de la mécanique quantique) le nombre de photons présents dans la boîte à modes. En ce sens, un champ EM classique n'est pas assimilable à une superposition de photons "sans interaction" (interaction ici est à prendre dans le sens d'un comportement collectif des photons, ie du fait que l'on observable des états classiques du champ EM dans la boîte à modes parce que l'on a affaire à un état cohérent)

Conclusion finale : je préconise ainsi de ne pas parler de photons (quantitativement parlant) en mécanique classique, étant donné que cela peut conduire à une mauvaise image de ce qu'est un photon, de son rôle dans les champs EM cohérents (états quasi-classiques) etc.

Cordialement,

[invitea01d101a]

Bonjour WeinbergJr,

Le concept d'onde ne se propageant pas dans un milieu matériel n'est pas non plus admissible dans le contexte classique. À moins que j'aie sauté un chapitre

ben, oui et non... Ca dépend si l'on accepte de considérer qu'un milieu matériel est assimilable à un milieu diélectrique ou pas...

Heu, c'est quoi un "ersatz" ?

ersatz : mot allemand signifiant "une sorte de"

Cordialement,

[invitea01d101a]

Je ne comprends pas très bien. La fréquence du photon est identique à celle de l'onde? Qu'est-ce que la fréquence d'un photon, s'il ne colle pas à l'onde? Un photon à la taille d'une longueur d'onde?

Bonjour,

cf mon post numéro #20 du présent fil : http://forums.futura-sciences.com/post1293943-20.html

Cordialement,

[invitea01d101a]

Un photon est ponctuel, en autant que l'on sache.

aaaaahhhhh !

Non ! Un photon n'est pas ponctuel !!! C'est un mode d'excitation... Cf par exemple l'article de M. J. Mourad de l'Université de Paris-XI (physique théorique, bât 210) à propos des opérateurs de Pryce : http://arxiv.org/PS_cache/hep-th/pdf/9307/9307134v1.pdf



Cordialement,

[f6bes]

aaaaahhhhh !

Non ! Un photon n'est pas ponctuel !!! C'est un mode d'excitation...
Cordialement,

Bjr Weinberg.....
Et c'est quoi un "mode d'excitation" qui se DEPLACE dans l'espace ???
Un photon qui finit sa vie au fond de ton oeil est bien "ponctuel", c'est LUI est pas d'un autre dont il s'agit , non ???
Ou alors c'est ENCORE une question de VOCABULAIRE !!
Bonne journée

[invitea01d101a]

Bjr Weinberg.....
Et c'est quoi un "mode d'excitation" qui se DEPLACE dans l'espace ???
Un photon qui finit sa vie au fond de ton oeil est bien "ponctuel", c'est LUI est pas d'un autre dont il s'agit , non ???
Ou alors c'est ENCORE une question de VOCABULAIRE !!
Bonne journée

Ce qui apparaît ponctuel, c'est l'événement "le mode d'excitation disparaît"... La ponctualité n'est qu'apparente (je laisse de côté le fait qu'à une échelle suffisamment élevée, l'on puisse avoir quelque chose de non ponctuel).

Quoiqu'il en soit, la ponctualité se révèle par une mesure (l'interaction entre un mode d'excitation photonique et les électrons des atomes constitutifs des cellules de l'oeil intervenant dans le mécanisme de la vision).

Pour une vision plus claire de tout ceci, cf http://www.imnc.univ-paris7.fr/alain...quant./RQ3.pdf de M. Alain Laverne, page 82, paragraphe : "le photon n'est pas une particule".

Cordialement,

[invitea01d101a]

Et c'est quoi un "mode d'excitation" qui se DEPLACE dans l'espace ???
Bonne journée

N'oublions pas que la notion de déplacement est assez vague en MQ... Quid de la position ? Quid de la vitesse (dans le cas de photons virtuels) ???

Cordialement à vous,

[inviteca4b3353]

Un photon qui finit sa vie au fond de ton oeil est bien "ponctuel", c'est LUI est pas d'un autre dont il s'agit , non ???

Les seules choses qui sont susceptibles d'être localisées dans l'espace sont des paquet d'onde qui par définition contiennent plus d'un photon (délocalisé, ie excitation d'une onde plane), c'est l'interférence (ie la superposition quantique) entre les différents photons du paquet qui le rende local dans une certaine région de l'espace.

[mbochud]

Bonjour,

Un photon unique qui voyage est totalement délocalisé avant d’avoir été intercepté. Quand il interfère avec un électron d’un atome, l’interaction est parfaitement localisée.
La trajectoire qu’il a suivi peut être identifiée seulement s’il n’y avait qu’une seule trajectoire possible (lapalissade). Et si ce photon avait plusieurs trajectoires possibles (interféromètre), alors il n’y a aucun moyen de connaître la trajectoire suivie. Donc ce photon a un don d’ubiquité.

[invitea01d101a]

Bonjour,

Un photon unique qui voyage est totalement délocalisé avant d’avoir été intercepté. Quand il interfère avec un électron d’un atome, l’interaction est parfaitement localisée.
La trajectoire qu’il a suivi peut être identifiée seulement s’il n’y avait qu’une seule trajectoire possible (lapalissade). Et si ce photon avait plusieurs trajectoires possibles (interféromètre), alors il n’y a aucun moyen de connaître la trajectoire suivie. Donc ce photon a un don d’ubiquité.

ça rejoint pas mal le fond de ma pensée !!! méfiions-nous de ce qui n'est pas directement observable

Votre formulation est plutôt claire et précise ^^ très appréciable (surtout pour l'emploi du terme "ubiquité")

Cordialement,

[invitefa5fd80c]

Pour une vision plus claire de tout ceci, cf http://www.imnc.univ-paris7.fr/alain...quant./RQ3.pdf de M. Alain Laverne, page 82, paragraphe : "le photon n'est pas une particule".

Si le photon n'est pas une particule, alors plusieurs bouquins de physique devront être réécrits (tous ceux que je possède entre autres: Messiah Mécanique quantique, Merzbacher Quantum mechanics, Feynman's Lectures on physics, etc... etc...) et plusieurs sites Web aussi. Pour n'en mentionner qu'un seul, il y a celui-ci. Évidemment ce dernier est un site de vulgarisation, mais la vulgarisation ne doit pas induire en erreur. Peut-être pourrais-tu te proposer pour réécrire les dossiers de ce site

Précision au cas où : par particule "ponctuelle" j'entendais particule sans structure interne