Ondes électromagnétiques : émission et circuit électrique

[inviteb70122ae]

Bonsoir à tous,

Je viens d'apprendre lors d'un cours d'éléctrocinétique que la circulation des électrons dans un circuit électrique était due à une onde électromagnétique, produite par le générateur, et qui circulait le long du circuit. Cela me rend perplexe, car j'ai toujours pensé que la circulation des électrons se faisait à cause d'une différence de potentiel entre les deux bornes du générateur (ce qui crée un champ électrique).
C'est pourquoi j'en suis venu à me demander :

Est-ce une onde électromagnétique ou un champ électrique qui provoque la circulation des électrons ?

Et afin d'élargir ma question, comment peut-on émettre des ondes électromagnétiques ?
Il me semble que, fondamentalement, un atome émet une onde électromagnétique lorsque l'un de ses électrons passe d'une couche supérieure à une couche inférieure (en libérant ainsi de l'énergie).
Je crois aussi savoir que l'on crée des ondes em grâces à divers moyens, tels que les ampoules (pour la lumière) ou des dipôles oscillants (pour les ondes radio), par exemple.


Merci pour votre aide !
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Le courant est bien dû à la différence de potentiel. Mais au moment de l'établissement du courant il y a une interaction entre les électrons qui commencent à bouger par endroits, le champ électrique et magnétique créé, et les différentes conséquences des lois de l'électromagnétisme.
Une fois le courant établi, il n'y a plus d'ondes.
Vous pouvez le constater avec un poste en grandes ondes, une pile et un conducteur. Si vous faites des court-circuits fugitifs de la pile, vous les entendrez dans la radio.

Pour créer des ondes électromagnétiques, parmi d'autres moyens, il faut du courant variant dans le temps (alternatif, par exemple) qui circule dans un fil.
Mais c'est très peu efficace en basse fréquence et les fils secteur ne rayonnent guère. Au delà de quelques dizaines de kHz, le rayonnement commence à être plus efficace.
Au revoir.

[curieuxdenature]

Bonsoir à tous,

Je viens d'apprendre lors d'un cours d'éléctrocinétique que la circulation des électrons dans un circuit électrique était due à une onde électromagnétique, produite par le générateur, et qui circulait le long du circuit.!

Bonjour

On va mettre ça sur le compte de la fatigue, sinon ça mériterait un licenciement pour faute grave.

Pour le reste tu as aussi raison, l'émission d'ondes électromagnétiques touche une gamme si vaste que ça va de l'infiniment grand à l'infiniment petit.
Une petite précision toutefois, les OEM utilisées en radio sont produites avec une largeur de bande bien plus restreinte que ce que la production de lumière permet.
Mis à part le cas des lasers et des lampes spécifiques (à vapeur de sodium par exemple), cela dit, il y a bien des technologies associées au OEM, c'est ce qui rend leur étude aussi diversifiée que passionnante.

[inviteb70122ae]

Merci à vous d'être aussi efficace !

J'ai juste besoin d'une précision :

Mais au moment de l'établissement du courant il y a une interaction entre les électrons qui commencent à bouger par endroits, le champ électrique et magnétique créé, et les différentes conséquences des lois de l'électromagnétisme.
Une fois le courant établi, il n'y a plus d'ondes.

Observe t'on une émission d'ondes électromagnétiques lors de l'établissement du courant électrique ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Observe t'on une émission d'ondes électromagnétiques lors de l'établissement du courant électrique ?

Bonsoir,
Réponse positive, de l'énergie EM est émise lors de l'établissement du courant et lors de la coupure : tout changement de courant demande l'intervention d'une onde, la quantité d'énergie émise dépend de la vitesse de variation.

[inviteb70122ae]

D'où vient donc ce phénomène ? C'est la variations particulières du champ E et du champ B, lors de l'établissement et lors de la coupure du courant, qui provoquent l'émission d'OEM ? (c'est à dire qu'il y a des atomes qui sont trop excités, et qui émettent par conséquent des ondes)

[phys4]

D'où vient donc ce phénomène ? C'est la variations particulières du champ E et du champ B, lors de l'établissement et lors de la coupure du courant, qui provoquent l'émission d'OEM ? (c'est à dire qu'il y a des atomes qui sont trop excités, et qui émettent par conséquent des ondes)

Il n'y a pas d'atomes excités, ce n'est pas un effet quantique. Des variations de E et B sont obligatoirement des ondes dans le monde macroscopique également.
Il faut remarquer que même en courant continu, il existe des champs E et B constants, qui correspondent donc à un flux d'énergie, exactement celui qui est dit transporté par le courant ? Quand il n'y a pas de variation, les champs décroissent en 1/r² à l'infini et il n'y pas de puissance émise.

[invite6dffde4c]

D'où vient donc ce phénomène ? C'est la variations particulières du champ E et du champ B, lors de l'établissement et lors de la coupure du courant, qui provoquent l'émission d'OEM ? (c'est à dire qu'il y a des atomes qui sont trop excités, et qui émettent par conséquent des ondes)

Bonjour.
L'émission des OEM par des courants électriques (comme dans les antennes), n'a strictement rien a voir avec des atomes excités. Ce sont des électrons de conduction qui, en raison de leur accélération, émettent des OEM. C'est précisément pour qu'il y ait accélération qu'il faut des courants variables dans le temps.

Prenons la manip de la pile et les court-circuits. Mettons que vous connectez fugitivement le câble au pôle positif (l'autre extrémité du câble est déjà connecté au pôle négatif).
Pendant les premiers 30 picosecondes, le premier centimètre de câble va devenir positif. Pour cela il faut créer une charge de surface sur ce cm de câble. Ce qui implique:
- un courant qui charge la capacité du câble mais qui ne parcourt que ce premier cm.
- un champ magnétique croissant autour du câble crée par ce courant.
- un champ électrique croissant autour du câble.
Si vous avez appris les équations de Maxwell, vous savez qu'un champ électrique variant dans le temps crée du champ magnétique et qu'un champ magnétique variant dans le temps, crée du champ électrique: c'est une onde électromagnétique.
Suite à l'augmentation de tension du premier cm, la situation se répète pour le suivant et puis pour les suivants. Cela vous donne une impulsion qui se propage dans le fil jusqu'au pôle négatif.
La suite est encore plus compliquée car cette impulsion se réfléchit. Puis elle se réfléchit encore sur le pôle positif, et ainsi de suite, avec des amplitudes décroissantes jusqu'au régime établit, avec du courant continu.
Au revoir.

[inviteb70122ae]

Je comprends bien mieux grâce à vous !

Mais qui sont donc ces électrons de conduction ? Des électrons libres particuliers ?

Et afin d'en finir, il me reste une dernière question à propos des photons :
l'électron de conduction, en mouvement variable, induit un champ magnétique qui induit lui-même un champ électrique. Ces deux champs forment une onde électromagnétique. Mais à quel moment apparaît donc le photon, qui est la particule qui "transporte" cette onde électromagnétique ?

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Dans certaines substances, dont les métaux, quand ils sont à l'état solide, une partie des atomes "perd" un électron, qui peut se promener librement dans le métal. Ce sont les électrons libres et ils se comportent presque comme s'ils étaient dans le vide, à ceci près que leur charge négative est compensé par la charge positive des atomes qui ont perdu un électron. Le solide reste neutre. Vous pouvez voir ça un peu comme les grains de sable mouillée qui mettent en commun l'eau qui les recouvre quand on en fait une poignée.

Concernant les ondes et les photons je vous recopie une explication que j'avais donné et que j'ai gardé car c'est un sujet qui revient souvent dans le forum:

Un photon c'est une des formes sous lesquelles on a à faire à la lumière ou à d'autres rayonnements électromagnétiques.
On le définit parfois comme "un quantum (petit bout) d'énergie électromagnétique".
En effet, la lumière (et les autres rayonnements électromagnétiques) peut se comporter de deux façons totalement différentes suivant les phénomènes.
Une des façons est le comportement ondulatoire: des ondes électromagnétiques, de la même nature que les ondes radio mais de fréquences beaucoup plus élevées. On utilise ce modèle pour expliquer des phénomènes d'interférence comme l'irisation des bulles de savon ou des couches de gaz-oil, la réflexion colorée sur des CD, le fonctionnement des lentilles, ou celui des antennes radio ou TV.
Mais d'autres phénomènes ne peuvent pas s'expliquer avec ce modèle ondulatoire. Notamment, l'effet photoélectrique: la lumière peut "arracher" des électrons à la matière, ou ioniser des atomes ou molécules dans un gaz. Pour ces phénomènes il faut utiliser le modèle corpusculaire: le photon. La lumière se comporte comme une particule. Avec ce modèle on ne peut pas expliquer les interférences ni d'autres comportements ondulatoires.

Ce qui est difficile à faire comprendre est que les deux modèles sont distincts: soit la lumière se comporte comme une particule, soit elle se comporte comme une onde. Mais n'acceptez pas des phrases comme "les ondes électromagnétiques sont constituées de photons" ou "un photon est porté par des ondes", "la longueur d'onde du photon", etc. Ce sont des conneries à éviter. Soit on parle de particules, soit on parle d'ondes. Mais on ne le mélange pas.

Pour être honnête, il y a des manips dans lesquelles la lumière se comporte à la fois comme une onde et comme une particule. Mais vous verrez ça bien plus tard. En réalité, la physique à un troisième modèle, qui remplace les deux précédents, et qui explique les deux comportements. Le problème est que ce modèle est tellement compliqué qu'on ne peut pas l'utiliser "dans la vie de tous les jours (d'un physicien)".

Pour compliquer (ou simplifier) les choses, toutes les particules ont aussi un comportement ondulatoire: les électrons, les atomes, et même les tables et les chaises. Mais, en réalité, on ne peut observer ce comportement ondulatoire que pour les particules très légères, (électrons, neutrons et atomes), et dans des expériences de laboratoire assez compliquées.

Au revoir.

[inviteb70122ae]

ce modèle est tellement compliqué qu'on ne peut pas l'utiliser "dans la vie de tous les jours (d'un physicien)".

Je ne peux m’empêcher de demander comment s’appelle ce 3ème modèle !


Enfin, merci encore pour tout ce savoir si bien vulgarisé.

[invite6dffde4c]

Je ne peux m’empêcher de demander comment s’appelle ce 3ème modèle !


Enfin, merci encore pour tout ce savoir si bien vulgarisé.

Re.
C'est le modèle de l'Électrodynamique Quantique. Il n'utilise que des photons, mais des photons bien différents des photons "grand publique".
Si vous voulez vous voulez vous renseigner, je vous conseille de lire le livre de divulgation grand publique de Feynman (un des pères de l'électrodynamique quantique): "Lumière et matière". S'il ne vous plait pas, vous ne vous serez pas ruiné.
Au revoir.
A+

[invite12881fb4]

Bonsoir à tous,

Je viens d'apprendre lors d'un cours d'éléctrocinétique que la circulation des électrons dans un circuit électrique était due à une onde électromagnétique, produite par le générateur, et qui circulait le long du circuit. Cela me rend perplexe, car j'ai toujours pensé que la circulation des électrons se faisait à cause d'une différence de potentiel entre les deux bornes du générateur (ce qui crée un champ électrique).
C'est pourquoi j'en suis venu à me demander :

Est-ce une onde électromagnétique ou un champ électrique qui provoque la circulation des électrons ?

Et afin d'élargir ma question, comment peut-on émettre des ondes électromagnétiques ?
Il me semble que, fondamentalement, un atome émet une onde électromagnétique lorsque l'un de ses électrons passe d'une couche supérieure à une couche inférieure (en libérant ainsi de l'énergie).
Je crois aussi savoir que l'on crée des ondes em grâces à divers moyens, tels que les ampoules (pour la lumière) ou des dipôles oscillants (pour les ondes radio), par exemple.


Merci pour votre aide !

bonjour,
la circulation des electrons ce nest pas les ondes electromagnétique,mais la difference de potentiel entre les bornes.

[coussin]

Concernant les ondes et les photons je vous recopie une explication que j'avais donné et que j'ai gardé car c'est un sujet qui revient souvent dans le forum:

Comme tu le dis toi-même, c'est un point de vue que tu as déjà présenté. C'est un point de vue que je ne partage pas; je considère que le domaine de l'optique quantique a désormais fait le pont entre la vison corpusculaire et ondulatoire.
Mais surtout, travaillant à la fois dans le domaine de l'électromagnétisme et de la QED, je ne connais qu'un photon et ne comprends pas ce que tu appelles les photons de la QED et les photons « grand public »…
Tu pourrais préciser ce que tu entends pas là ?

[invite6dffde4c]

Comme tu le dis toi-même, c'est un point de vue que tu as déjà présenté. C'est un point de vue que je ne partage pas; je considère que le domaine de l'optique quantique a désormais fait le pont entre la vison corpusculaire et ondulatoire.
Mais surtout, travaillant à la fois dans le domaine de l'électromagnétisme et de la QED, je ne connais qu'un photon et ne comprends pas ce que tu appelles les photons de la QED et les photons « grand public »…
Tu pourrais préciser ce que tu entends pas là ?

Re.
Les photons d'Einstein étaient des simples quanta de lumière. Ce sont les photons "grand public".
Si vous travaillez avec la EQ, je n'ai pas besoin de vous décrire les photons qu'elle utilise, ni la infinitude de photons virtuels qui prend toues les chemins possibles. Et je ne fais que répéter ce qui dit Feynman. C'est lui qui dit que ce ne sont pas les mêmes photons.
A+

[coussin]

Je crois comprendre
Ce que tu appelles photons d'Einstein, j'appellerais ça photon réel. Et ce que tu appelles photons de la QED seraient les photons virtuels ?
C'est sûr que ce ne sont pas les mêmes…
Par contre, la QED traite principalement de l'interaction de photons réels avec la matière. Que l'on modélise cette interaction par l'échange de photons virtuels est complètement accessoire (je peux faire de la QED sans faire intervenir les photons virtuels).

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je ne pense pas que Feynman avait la même vision que vous sur la modélisation de photons réels par des photons virtuels dans la QE.
Pour Feynman c'est la somme de tous ces photons virtuels qui donne le résultat de l'interaction et non le photon résultant. Il ne repasse pas par des "photons réels".
En tout cas, vous ne pouvez pas expliquer la diffraction des photons avec des photons "grand public".
Au revoir.

[coussin]

Pour Feynman c'est la somme de tous ces photons virtuels qui donne le résultat de l'interaction et non le photon résultant. Il ne repasse pas par des "photons réels".

Je suis d'accord Ce n'est pas ce que j'ai dit…
La QED, c'est l'étude de l'interaction lumière-matière. La « lumière » ici, bah c'est de la vraie lumière, un laser quoi C'est donc l'étude de l'interaction entre des vrais photons et de la matière, en particulier des électrons. Pas de notion de photons virtuels pour l'instant…
Il se trouve qu'on écrit cette interaction sous la forme d'une série perturbative (théorie de la matrice S, série de Dyson, etc…). La QED, c'est donc calculer chaque terme de cette série perturbative. Là encore, pas de notions de photons virtuels et j'ai décrit complètement la QED. Je pourrais en rester là et ne jamais mentionner de photons virtuels.

Feynman, lui, rajoute une dernière couche : il identifie chaque terme de cette série perturbative par l'échange d'un ou plusieurs « photons virtuels ». C'est tout. Enfin, c'est vrai que ça a le mérite de faciliter grandement les calculs (en particulier de faciliter l'identification des termes dominants dans la série perturbative). Mais cette dernière couche est facultative. On pourrait faire sans, ce serait plus difficile…

Les gens de l'optique quantique savent décrire la diffraction en terme de photons réels, moi je ne sais pas c'est vrai… En optique quantique, tout phénomène « ondulatoire » peut y être décrit en terme de photons. De plus, elle sait décrire certains phénomènes très particuliers comme la coalescence de photons qui ne peuvent être décrit ni par le modèle ondulatoire ni par le modèle corpusculaire.