Expliquez moi le rayonnement électromagnétique

[wari]

Rayonnement électromagnétique
Bonjour j’aimerai savoir d’avantage sur le rayonnement électromagnétique ayant pour source le soleil, exemple : UV.
D’après moi :
Le soleil émet des photons qui se propagent dans le vide, la trajectoire est droite.
En même temps que le photon se déplace sur la ligne droite, il crée un champ électromagnétique, représenté schématiquement par deux ondes perpendiculaire (force électrique et force magnétique). Ce rayonnement on dit qu’il est du à la perturbation du champ électrique qui va créer un champ magnétique !
1 J’aimerai savoir si le résumé que j’ai fait est juste.
2 si ce que j’ai dit est vrai, je ne comprends pas !
A) Comment peut on dire que c’est du à la perturbation du champ électrique alors que dans l’espace il n’y a que du vide !
B) ca représente quoi les flèches sur la photo ? On dit que c’est une force ! Ça veut dire quoi, c’est le déplacement de quelque chose ! Pour quoi ce n’est pas uniforme puisque le photon à la même vitesse et puis il se déplace dans le vide ! et pour quoi on dit que la première est une force électrique et la deuxième magnétique !
Merci beaucoup

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[wari]

J'espère recevoir de l'aide.

[invitea774bcd7]

Faut vraiment que je te trouve une animation pour que tu te représentes ce qui ce passe…
Que penses-tu de celle-là : http://www.phys.hawaii.edu/~teb/java...ve/emWave.html

[b@z66]

Rayonnement électromagnétique
Bonjour j’aimerai savoir d’avantage sur le rayonnement électromagnétique ayant pour source le soleil, exemple : UV.
D’après moi :
Le soleil émet des photons qui se propagent dans le vide, la trajectoire est droite.
En même temps que le photon se déplace sur la ligne droite, il crée un champ électromagnétique, représenté schématiquement par deux ondes perpendiculaire (force électrique et force magnétique). Ce rayonnement on dit qu’il est du à la perturbation du champ électrique qui va créer un champ magnétique !
1 J’aimerai savoir si le résumé que j’ai fait est juste.
2 si ce que j’ai dit est vrai, je ne comprends pas !
A) Comment peut on dire que c’est du à la perturbation du champ électrique alors que dans l’espace il n’y a que du vide !
B) ca représente quoi les flèches sur la photo ? On dit que c’est une force ! Ça veut dire quoi, c’est le déplacement de quelque chose ! Pour quoi ce n’est pas uniforme puisque le photon à la même vitesse et puis il se déplace dans le vide ! et pour quoi on dit que la première est une force électrique et la deuxième magnétique !
Merci beaucoup
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Ton approche est particulièrement confuse puisqu'elle mélange des notions d'optique, d'électromagnétisme et de mécanique quantique et même de relativité générale qui même si elles ont des liens entre elles ont aussi des différences fondamentales liées à l'évolution historique de ces disciplines. Je te conseillerai plutôt de te focaliser en premier lieu sur l'électromagnétisme si tu veux comprendre un peu mieux la notion originelle de rayonnement qui à la base traduit celle d'interaction électromagnétique. Enfin, sur ton dessin, les indications concernant les forces sont complètement incohérentes.

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89l...agn%C3%A9tisme
http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_%C...agn%C3%A9tique
http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonne...agn%C3%A9tique

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
J'ai trouvé que la représentation d'onde EM que l'on trouve un peu partout, comme celle du lien donné par Gerom00, fonctionne bien pour des gens qui ont déjà une bonne idée de ce qu'est une onde EM. Les néophytes ont du mal à faire la différence entre les coordonnées géométriques et celles des champs. 5 dimensions dessinées dans 2, c'est difficile.
J'ai essayé cette autre façon et j'ai trouvée qu'elle passait mieux.

Au revoir.

[invite94fc6d17]

Bonjour,

Voici quelques commentaires et réponses à vos questions. Certainement trop long. Cette réponse a deux parties.

Dans votre texte, vous faites référence à une onde électromagnétique et à un photon. La notion d’onde électromagnétique est une notion de physique classique, celle de photon est une notion de physique quantique. On étudie d’abord la physique classique, et donc on fait appel au champ électromagnétique qui permet de décrire un très grand nombre de phénomènes. On doit ensuite, pour interpréter certains phénomènes, faire appel à la mécanique quantique; et c’est au sein de cette théorie quantique du rayonnement qu’apparait la notion de photon. Il est possible mais difficile de relier la description classique du rayonnement (par le champ) à la description quantique (par le photon), mais il faut alors considérer un certaine population particulière de photons. La description classique (le champ) se présente alors comme une situation limite de cette population de particulière de photons. Mis à part ce lien, on ne peut utiliser ces deux modes de description en même temps. Il ne faut surtout pas considérer un champ électromagnétique et un photon dans une même description. Il faut choisir : s’en tenir à la description classique (encore une fois, cette description est très puissante) - ou bien, lorsque l’on veut aller plus loin et expliquer certains phénomènes, utiliser la physique quantique (et donc la notion de photon pour la lumière) mais alors le champs électromagnétique tel qu’il est décrit dans votre texte ne s’applique plus.

En physique classique, on peut représenter dans l’espace un champ électromagnétique. C’est ce que vous faites et cette description est correcte. Elle est simplement particulière. Elle décrit en effet la propagation d’un champ électromagnétique dans l’espace loin de la source de ce rayonnement. On dit qu’il s’agit de la propagation d’une onde plane. Cette description est très utilisée car elle a des propriétés remarquables et elle correspond à une situation limite mais courante.

Un champs électromagnétique correspond à la combinaison d’un champ électrique et d’un champ magnétique. Un champ électrique peut exister seul, sans qu’il y ait de champ magnétique. Mais il s’agit alors d’un cas particulier : celui d’un champ électrique statique (c'est-à-dire que des charges électriques immobiles sont sources de ce champ – le champ électrique occupe alors tout l’espace mais ne varie pas). Lorsqu’un champ électrique varie (parce sa source est mobile par exemple), un champ magnétique existe et varie également. Il s’agit d’un phénomène général : à toute variation d’un champ électrique sont associés un champ magnétique et une variation de ce champs magnétique et ceci réciproquement. C’est ce que l’on voit sur la figure que vous avez dessinée (les deux champs varient dans deux plans perpendiculaires). Le cas général est donc celui du champ électromagnétique (appelé comme cela car les deux champs et leurs variations sont liées entre elles).

Les champs électrique et magnétiques existent en chaque point de l’espace et se propagent - sauf dans les deux cas très particuliers du champ électrostatique (champ électrique constant et champ magnétique nul – le champ électrique décrit alors « l’action » d’une charge électrique immobile dans le vide) et du champ magnétostatique (champ magnétique constant et champ électrique nul – ce champs magnétique décrit alors « l’action » d’un courant électrique constant). Mais ils n’ont pas de support matériel. Au début de l’existence de la théorie électromagnétique, on considérait comme inconcevable que les champs n’aient pas de support. C’est pourquoi on pensait qu’il existait un corps remplissant l’espace (que l’on appelait l’éther), qui avait des propriétés mécaniques remarquables et qui servait de support aux champs électriques et magnétiques. Mais il a fallu ne plus faire référence à cet éther et l’on considère maintenant que les champs existent dans le vide. C’est difficile à admettre mais on ne peut faire autrement : un champ électromagnétique n’a aucun support matériel et se propage dans le vide à la vitesse constante c. Il transporte cependant de l’énergie et permet de décrire des actions à distance (bien que non instantanées) entre particules électriquement chargées.

Il est ambigu de dire que la variation du champ électrique engendre un champ magnétique et réciproquement (en fait, on le dit très souvent parce que c’est commode). On est alors amené à croire qu’il y a lien de cause à effet : le champ électrique existerait d’abord, puis lorsqu’il se mettrait à varier, alors il engendrerait un champ magnétique. Il n’y a pas vraiment de cause et d’effet. Le « phénomène électromagnétique » est « un tout » qui se décompose en champ électrique et un champ magnétique. Ce tout est régit par des lois qui se traduisent par des équations liant ces deux champs et leurs variations. Toutes ces variations ont lieu « sur un même intervalle de temps », elles sont toutes concomitantes et on ne peut privilégier un champ et sa variation pour dire qu’il est responsable de l’existence et de la variation de l’autre. Qu’est ce qui engendre la variation de ces champs de proche en proche ? Si l’on savait ! On ne connait que les équations de ces variations (équations de propagation) de ces champs. On pense généralement que l’on ne peut que connaitre que des lois de phénomènes et que l’on ne peut spéculer sur le pourquoi de celle-ci (on a cependant parfois des idées sur le pourquoi de certaines « formes » que doivent suivre ces lois, mais pas sur le pourquoi des lois elles-mêmes). On peut traiter la question de l’émission (ce qui « engendre » le phénomène électromagnétique) en théorie quantique mais le problème de « la cause et de l’effet » s’y pose apparemment avec encore plus de difficultés, ce qui n’arrange rien quand on continue de penser en ces termes. En tous les cas, cette question peut être source de bien des difficultés de compréhension et c’est normal. D’autant plus que l’on ne cesse de parler de causes et d’effets pour mieux se faire comprendre.

**** suite dans un deuxième message ***********

[invite94fc6d17]

**** suite du mesage précédent ********

Le champ se distingue de la force. Considérons le cas très particulier et simple du champ électrique statique (donc sans variation de ce champ et avec un champ magnétique nul). On peut considérer la situation suivante : deux changes électriques (deux électrons par exemple) interagissent. Chacune exerce sur l’autre un force. Les deux forces sont égales en valeurs et opposées en directions. On définit alors le champ électrique généré par la première charge (située en A) en chaque point P de l’espace et l’on considère que ce champ interagit avec la deuxième charge (en B). Pour qu’il y ait force, il faut donc qu’il y ait un champ électrique en un point où il y a une charge (en B). Alors la deuxième charge est soumise à une force. Mais en tous les autres points P de l’espace, on considère qu’il y a aussi un champ, mais qu’on n’y observe aucune force. Donc le champ électrique existe en tout point P de l’espace vide (engendré par la première charge située en A) mais ne s’exerce une force que là où il y a une autre charge électrique (en B). Il faut donc considérer que le schéma que vous avez donné est valable pour les champs et leurs propagations mais pas pour les forces. Le champ électromagnétique à une vie autonome (et se propage en transportant de l’énergie) bien qu’il soit dans le vide et qu’il ne s’exerce, en général, sur rien ! Une force, elle, n’existe que là où il y a une charge électrique, elle traduit si l’on veut l’effet du champ électromagnétique sur une charge. D’ailleurs, la force qui s’exerce sur une charge (en B) dépend de la vitesse de cette charge. On ne peut donc décrire cette force et en faire une représentation dans l’espace comme vous l’avez fait pour le champ, car cette représentation dépendrait alors des charges (et des vitesses) des particules qu’on y placerait.


Le champ électromagnétique tel que vous l’avez représenté correspond au cas particulier (bien que très important) du rayonnement en ondes planes. En fait la même distribution en champs électrique et magnétique s’applique alors en tous les points d’un plan perpendiculaire à la direction de propagation (ce plan n’a pas de limites). On symbolise le rayon par la direction de propagation, mais ceci est ambigu. En effet, dans ce modèle (car il s’agit de modèle), la propagation s’effectue dans tout l’espace et il y a donc des rayons (tous parallèles) partout ! Alors qu’en pratique, on a toujours à faire à une onde de section limitée et c’est ce « tout limité dans l’espace» que l’on appelle rayon lumineux. De plus , comme le photon (en description quantique) a certains des comportements des particules, on peut confondre un rayon classique (alors qu’il ne peut être individualisé!) et la trajectoire supposée d’un seul photon alors qu’on a à faire à deux descriptions incompatibles. Donc, trois notions différentes de rayons : 1) un ensemble infini de rayons tous parallèles entre eux et perpendiculaires au « front d’onde » illimité occupant tout l’espace (cas de votre schéma) – chaque rayon est alors une ligne de propagation telle que celle que vous avez dessinée, 2) un rayon de lumière, traité comme un tout et de section très limitée dans l’espace (qui peut se traiter en théorie classique par un champ de « front d’onde » limité - ou en théorie quantique par une population de photons) 3 ) le parcours supposé suivi par un seul photon en description quantique (plutôt à éviter). Un dessin aiderait beaucoup ici mais je n’ai pas le moyen de dessiner.

Presque tout ce qui est dit ci-dessus s’applique en théorie classique des champs. Cette théorie ne permet pas de décrire tous les phénomènes d’émission et d’absorption par exemple. Il faut aller plus loin et quantifier la théorie électromagnétique. Le théorie quantique du rayonnement est beaucoup plus complète, plus complexe et pose encore plus de problèmes de compréhension. On y traite le phénomène électromagnétique par quantification du champ. On y fait appel à la notion de photon, qui correspond à la quantification la plus élémentaire. Le photon a quelques propriétés de particules - mais pas toutes! En particulier, il n’a pas de position. Il « n’émet » rien. En tous cas, il ne faut alors pas faire appel en même temps à la description par champ classique continu dans l’espace. On peut relier la description classique par champs continus à celle quantique de photons en considérant une très grande population très particulière de photons et en passant à la limite. Mais il s’agit alors d’une passage d’une théorie plus complexe (la théorie quantique) à une autre (la théorie classique) sans que l’on puisse utiliser les deux en même temps. Ce sont deux théories de la même chose (le phénomène électromagnétique) bien que cette « chose » soit décrite différemment dans les deux théories (un champ classique ou une quantification du champ appelé photon). Il est en fait difficile d’imaginer qu’il faut faire appel à une théorie (quantique) pour l’émission et à une autre (classique) pour la propagation. En fait, la théorie quantique permet également de traiter la propagation, mais on préfère utiliser la théorie classique qui est suffisante dans bien des cas, plus simple à traiter, plus intuitive et historiquement première. L’émission est bien traitée en théorie quantique, ce qui fait que l’on écrit que le soleil émet des photons. L’absorption est également bien traitée en théorie quantique (un atome interagit et peut absorber un photon par exemple). Mais on préfère traiter la propagation (et également bien des interactions, mais pas toutes, avec la matière) en théorie classique au lieu de considérer une population considérable de photons dont le comportement est régit par des équations encore plus complexes que dans la description classique.


En résumé :

A – Ne pas appliquer la description en champs classique (théorie classique) et en photons (théorie quantique du champ) en même temps. Tout mélange mène à des problèmes insolubles et à des confusions. Toute image ou représentation dépend de la théorie sous jacente utilisée.
B – Le champ électromagnétique (théorie classique) est un tout et se comporte comme un tout. On le décompose en champ électrique et en champ magnétique, dont les variations sont régies par des lois incluant les deux champs. L’existence d’un champ électrique seul ou d’un champ magnétique seul correspond à deux cas particuliers (champs statiques – sans propagation) qui peut faire croire, à tort, que les deux champs sont des entités indépendantes. Il n’y a pas de préséances entre les deux champs, qui ont même statut. Leurs variations sont concomitantes et c’est tout, il ne faut pas imaginer un lien de cause à effet lors de leurs variations.
C – Le champ électromagnétique existe dans le vide, se propage sans « support » et transporte de l’énergie. C’est étonnant mais on s’y habitue. Personne ne sait « ce qu’est » un champ électromagnétique en dehors du fait que nous disposons de modèles et d’équations qui décrivent son comportement et son interaction avec la matière. La situation est encore pire en théorie quantique, donc peu d’espoir de ce côté-là (à moins d’une nouvelle théorie à venir qui nous donnerait une image ou description satisfaisante de « ce qu’est » un champ électromagnétique – mais beaucoup pensent que l’on ne pourra jamais répondre à ce type de question).
D – Il faut distinguer champs électromagnétiques et forces électromagnétiques. Les champs se propagent sans qu’il y ait de charges et peuvent être représentés dans l’espace (dans un cas particulier très important par le schéma que vous avez présenté). Mais ce n’est pas le cas des forces électromagnétiques, qui représentent l’interaction d’un champ électromagnétique et des charges électriques, forces dont les valeurs et les directions dépendent des caractéristiques de ces charges (nombres de charges et vitesses de ces charges). Ici également, imaginer un lien de cause à effet entre le champ et la force mène à un moment ou à un autre à des difficultés de compréhension, bien que ce mode de description soit souvent commode! (« Une charge ou un courant émet un champ qui se propage, ensuite le champ s’applique sur une autre charge et engendre une force qui modifie la trajectoire de la particule… » - à utiliser mais avec modération). Les théories les plus avancées (ou certaines présentations de théories) ne font pas appel à la notion de force, ce qui évite d’ailleurs tout malentendu.
E – On fait généralement appel à la théorie quantique pour l’émission et l’absorption du rayonnement électromagnétique. Le rayonnement est alors « quantifié » et on traite de photons, quantas (« quantités élémentaires », c'est-à-dire dont on ne peut traiter plus petite quantité) du champ qui ont certaines caractéristiques des particules. Représenter un photon dans l’espace mène à des difficultés. Vouloir se représenter un champ quantifié est source de violents maux de tête. Pour étudier la propagation du rayonnement, on en reste souvent à la description par champs classiques (qui eux, se représentent bien dans l’espace). On peut cependant établir un lien entre la description quantique et la description classique par passage à la limite entre les deux théories. Mais ce lien n’a rien d’intuitif et n’empêche pas que l’on ne doive pas utiliser les deux « descriptions » en même temps.
F – Ce que l’on entend par rayon de lumière doit être défini si l’on veut éviter des confusions. Il vaut mieux ne pas appliquer cette dénomination à une seul photon.

Bravo si vous avez réussi à lire ce message jusqu'au bout !

Isodore

[kalish]

LPFR je me suis souvent fait la même réflexion, on peut facilement croire qu'il s'agit de vraies "bosses". Sinon en ce qui concerne l'émission de ces rayonnements, un petit applet (après avoir compris ce qu'était les lignes de champs électriques):
http://www.cco.caltech.edu/~phys1/ja...ingCharge.html

[LPFR]

Bonjour Kalish.
Attention: l'applet de votre lien ne montre pas la radiation électromagnétique mais uniquement le champ coulombien (retardé). Il manque deux autres termes: le champ de transition et le champ de l'onde électromagnétique.
Ils sont peut-être inclus, mais on ne les voit pas. À courte distance c'est le champ "électrostatique" qui domine.
Au revoir.

[b@z66]

LPFR je me suis souvent fait la même réflexion, on peut facilement croire qu'il s'agit de vraies "bosses". Sinon en ce qui concerne l'émission de ces rayonnements, un petit applet (après avoir compris ce qu'était les lignes de champs électriques):
http://www.cco.caltech.edu/~phys1/ja...ingCharge.html

Une autre applet pour le champ électromagnétique rayonné à proximité d'un doublet électrique cette fois.

http://www.falstad.com/emwave1/index.html

[LPFR]

Une autre applet pour le champ électromagnétique rayonné à proximité d'un doublet électrique cette fois.

http://www.falstad.com/emwave1/index.html

Re.
Ah oui. C'est nettement mieux.
La seule chose qu'il lui manque pour être parfait est que la longueur des flèches corresponde à l'amplitude du champ. Mais, en fin, au moins on a la direction.
A+