Différence entre milieu absorbant et milieu dispersif pour une onde électromagnétique

[flyylf]

Bonjour,

je ne suis pas un expert en science mais je trouve la physique moderne passionnant. Je m’intéresse aux ondes EM. Ma question est la suivante:

Quelle est la différence entre un milieu absorbant et dispersif dans le cadre de l'électromagnétisme?

Problème posé (pour moi):

Une onde électromagnétique ne peut être absorbée par un milieu que si celui-ci est capable d'émettre un onde dans la même fréquence. Ainsi une onde peut traverser un milieu sans être absorbée si on a aucune concordance de fréquence.
Tout milieu (excepté le vide) est dispersif. La dispersion est dû à la présence d'atomes dans le milieu (polarisation) qui "freine" l'onde EM. L'onde ayant une énergie (E=hv) et étant polychromatique en traversant un milieu dispersif, elle va se disperser dû à son spectre (différentes longueur d'ondes donc différentes vitesses) --> OK. Elle va interagir avec les atomes du milieu (champ électromagnétique) soit augmenter le mouvement des atomes.

Comment une onde Em peut elle interagir avec un milieu (soit des atomes) si il n'y a pas de phénomène d’absorption (absorption puis émission d'un photon)? Quel est alors l'origine de la dispersion dans un milieu?
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[Resartus]

En interprétation corpusculaire, tous ces phénomènes se ramènent à l'absorption d'un photon, dont l'énergie pourra être soit stockée momentanément sous forme chimique (état excité d'une molécule), soit transformée en phonon (échauffement thermique), soit réémise sous forme de photon qui peut partir dans n'importe quelle direction.
Un cas particulier d'absorption est celui dans lequel le photon réémis a la même fréquence et la même direction que celui capturé, avec simplement un certain retard. Dans ce cas, le corps est transparent à cette fréquence
En termes d'ondes électromagnétiques, la combinaison du champ des photons réémis avec retard avec le champ des photons non absorbés va donner une onde dont le déphasage augmente avec l'épaisseur parcourue, ce qui équivaut mathématiquement à une diminution de la vitesse dans le milieu.
L'indice de réfraction va mesurer cette diminution de vitesse, et va dépendre à la fois du "taux de capture" des photons initiaux, et du retard des photons réémis.
Ces deux valeurs pouvant varier avec la fréquence, l'indice varie également, et c'est ce qui donne la dispersion.

[LPFR]

Bonjour.

Une onde électromagnétique ne peut être absorbée par un milieu que si celui-ci est capable d'émettre un onde dans la même fréquence. Ainsi une onde peut traverser un milieu sans être absorbée si on a aucune concordance de fréquence.

C’est faux. Les fours à micro-ondes fonctionnent par pertes diélectriques. Et ils fonctionneraient à n’importe quelle fréquence en dessous de la fréquence de Debye (quelques 40 GHz).
Cette explication part du principe que « tout est photon ». Il y a des choses qui sont impossibles à expliquer avec des photons ordinaires, comme la réfraction, la diffraction, les interférences, le fonctionnement des antennes ou l’indice de réfraction.
Pour ce dernier on répète que le photon est absorbé puis réémis, ce qui explique le retard et le « ralentissement » de la lumière. C’est absurde : les matériaux ne sont pas capables d’absorber n’importe quelle fréquence. Et pour le photon réémis, pourquoi le serait-il dans la même direction que le photon absorbé ?

L’indice de réfraction se explique (et se calcule) avec l’électromagnétisme classique. Voir le Feynman.
Et c’est de cette même façon que l’on explique la dispersion (la dépendance de l’indice de réfraction avec la fréquence).
Je vous copie une explication que j’avais donnée il y a longtemps :

Il faut chercher dans le Feynman pour comprendre d'où vient l'indice de réfraction.
Le champ électrique de l'onde incidente "agite" les électrons du solide (même si c'est un diélectrique). Ces électrons oscillants émettent une onde électromagnétique de même fréquence et polarisation et synchrone avec l'onde incidente. Ils l'émettent dans toutes les directions. Mais, pour un solide étendu, seules les émissions vers l'avant et vers l'arrière donnent une interférence constructive. Nous voyons une onde qui part vers l'arrière (somme de toutes les ondes émisses par tous les électrons du solide) que nous appelons "onde réfléchie". Alors qu'elle n'est pas vraiment réfléchie mais "toute neuve".
Les ondes émises vers l'avant, s'additionnent avec l'onde incidente et donnent une onde que nous appelons "onde transmise" qui a un décalage de phase que nous interprétons comme une diminution de la vitesse dans le milieu.
Donc, au lieu de nous emmquiquiner à faire tout le traitement lourd que ce modèle physique impose pour chaque cas, on utilise le modèle mathématique d'onde réfléchie, onde transmise et indice de réfraction. Dans ce modèle on peut même inclure les pertes comme une partie imaginaire dans l'indice de réfraction.

On comprend ainsi que pour un diélectrique très polarisable, l'oscillation des électrons ou des dipôles (dans le cas d'un liquide) détermine l'amplitude de l'oscillation et celle des ondes secondaires émises. Ainsi, l'eau, liquide polaire, a un indice de réfraction très grand aux fréquences radio. Car les molécules suivent le champ et changent (partiellement) d'orientation. Par contre, en haute fréquence, les molécules n'ont pas le temps de suivre, et l'indice de réfraction devient celui d'un liquide non polaire.

On comprend aussi que l'amplitude d'oscillation des électrons devient très grande, on arrive à des non linéarités et leur oscillation n'est plus sinusoïdale. Les ondes émises non plus et on retrouve des harmoniques. Et ces harmoniques sont synchrones avec la fondamentale (Fourier élémentaire).

Au revoir

[invitec9c0a685]

Bonjour.

C’est faux. Les fours à micro-ondes fonctionnent par pertes diélectriques. Et ils fonctionneraient à n’importe quelle fréquence en dessous de la fréquence de Debye (quelques 40 GHz).
Cette explication part du principe que « tout est photon ». Il y a des choses qui sont impossibles à expliquer avec des photons ordinaires, comme la réfraction, la diffraction, les interférences, le fonctionnement des antennes ou l’indice de réfraction.
Pour ce dernier on répète que le photon est absorbé puis réémis, ce qui explique le retard et le « ralentissement » de la lumière. C’est absurde : les matériaux ne sont pas capables d’absorber n’importe quelle fréquence. Et pour le photon réémis, pourquoi le serait-il dans la même direction que le photon absorbé ?

L’indice de réfraction se explique (et se calcule) avec l’électromagnétisme classique. Voir le Feynman.
Et c’est de cette même façon que l’on explique la dispersion (la dépendance de l’indice de réfraction avec la fréquence).
Je vous copie une explication que j’avais donnée il y a longtemps :

Il faut chercher dans le Feynman pour comprendre d'où vient l'indice de réfraction.
Le champ électrique de l'onde incidente "agite" les électrons du solide (même si c'est un diélectrique). Ces électrons oscillants émettent une onde électromagnétique de même fréquence et polarisation et synchrone avec l'onde incidente. Ils l'émettent dans toutes les directions. Mais, pour un solide étendu, seules les émissions vers l'avant et vers l'arrière donnent une interférence constructive. Nous voyons une onde qui part vers l'arrière (somme de toutes les ondes émisses par tous les électrons du solide) que nous appelons "onde réfléchie". Alors qu'elle n'est pas vraiment réfléchie mais "toute neuve".
Les ondes émises vers l'avant, s'additionnent avec l'onde incidente et donnent une onde que nous appelons "onde transmise" qui a un décalage de phase que nous interprétons comme une diminution de la vitesse dans le milieu.
Donc, au lieu de nous emmquiquiner à faire tout le traitement lourd que ce modèle physique impose pour chaque cas, on utilise le modèle mathématique d'onde réfléchie, onde transmise et indice de réfraction. Dans ce modèle on peut même inclure les pertes comme une partie imaginaire dans l'indice de réfraction.

On comprend ainsi que pour un diélectrique très polarisable, l'oscillation des électrons ou des dipôles (dans le cas d'un liquide) détermine l'amplitude de l'oscillation et celle des ondes secondaires émises. Ainsi, l'eau, liquide polaire, a un indice de réfraction très grand aux fréquences radio. Car les molécules suivent le champ et changent (partiellement) d'orientation. Par contre, en haute fréquence, les molécules n'ont pas le temps de suivre, et l'indice de réfraction devient celui d'un liquide non polaire.

On comprend aussi que l'amplitude d'oscillation des électrons devient très grande, on arrive à des non linéarités et leur oscillation n'est plus sinusoïdale. Les ondes émises non plus et on retrouve des harmoniques. Et ces harmoniques sont synchrones avec la fondamentale (Fourier élémentaire).

Au revoir

Bonjour,
on aimerait bien d'ailleurs avoir le détail du phénomène relaté en rouge dans ton texte...
Cela permettrait sans doute de mieux comprendre comment est possible l'existence de solides biréfringents...
Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitec9c0a685]

toujours pas de réponses à ma réflexion ci-dessus LPFR?
C'est dommage, car on aurait sans doute appris comment certains matériaux biréfringents peuvent avoir sic "une interférence constructive", non pas dans une seule, mais dans deux directions vers l'avant.

Donc, au lieu de nous emmquiquiner à faire tout le traitement lourd que ce modèle physique impose pour chaque cas, on utilise le modèle mathématique d'onde réfléchie, onde transmise et indice de réfraction. Dans ce modèle on peut même inclure les pertes comme une partie imaginaire dans l'indice de réfraction.

On avait bien compris que le modèle mathématique utilisé pour traiter de ces phénomènes, n'étaient aucunement une explication physique mais seulement un constat

Cordialement

[LPFR]

toujours pas de réponses à ma réflexion ci-dessus LPFR?
...

Bonjour.
Non. Vous êtes dans ma liste de personnes avec lesquelles je préféré ne pas discuter.
Je ne me souviens plus des raisons.
Au revoir.

[Sethy]

L’indice de réfraction se explique (et se calcule) avec l’électromagnétisme classique. Voir le Feynman.
Et c’est de cette même façon que l’on explique la dispersion (la dépendance de l’indice de réfraction avec la fréquence).
Je vous copie une explication que j’avais donnée il y a longtemps :

Il faut chercher dans le Feynman pour comprendre d'où vient l'indice de réfraction.
Le champ électrique de l'onde incidente "agite" les électrons du solide (même si c'est un diélectrique). Ces électrons oscillants émettent une onde électromagnétique de même fréquence et polarisation et synchrone avec l'onde incidente. Ils l'émettent dans toutes les directions. Mais, pour un solide étendu, seules les émissions vers l'avant et vers l'arrière donnent une interférence constructive. Nous voyons une onde qui part vers l'arrière (somme de toutes les ondes émisses par tous les électrons du solide) que nous appelons "onde réfléchie". Alors qu'elle n'est pas vraiment réfléchie mais "toute neuve".
Les ondes émises vers l'avant, s'additionnent avec l'onde incidente et donnent une onde que nous appelons "onde transmise" qui a un décalage de phase que nous interprétons comme une diminution de la vitesse dans le milieu.
Donc, au lieu de nous emmquiquiner à faire tout le traitement lourd que ce modèle physique impose pour chaque cas, on utilise le modèle mathématique d'onde réfléchie, onde transmise et indice de réfraction. Dans ce modèle on peut même inclure les pertes comme une partie imaginaire dans l'indice de réfraction.

Donc, si je comprends bien, la vitesse de l'onde est toujours c, quelque soit le milieu ?

[LPFR]

Donc, si je comprends bien, la vitesse de l'onde est toujours c, quelque soit le milieu ?

Bonjour.
Si ce que vous appelez « l’onde » est l’onde résultante (somme de l’onde incidente et des ondes émises par les électrons), la réponse est évidement NOOOON !
Mais la vitesse de chacune des ondes séparément est bien c.
Au revoir.

[Sethy]

Bonjour.
Si ce que vous appelez « l’onde » est l’onde résultante (somme de l’onde incidente et des ondes émises par les électrons), la réponse est évidement NOOOON !
Mais la vitesse de chacune des ondes séparément est bien c.
Au revoir.

Oui, oui, c'est bien ce que je voulais écrire.

J'avoue que pendant longtemps, cette idée d'onde qui serait "ralentie" dans la matière m'a ennuyée. Tout comme d'ailleurs l'impression que de nombreux auteurs ont l'air d'insinuer que seules les molécules chirales interagissent avec la lumière. Je sais qu'il s'agit d'un abus de langage, mais quand même.

Je comprends mieux les choses, dommage que personne ne me l'ai jamais dit.

[LPFR]

...
Je comprends mieux les choses, dommage que personne ne me l'ai jamais dit.

Re.
Quand on veut comprendre quelque chose en physique, une visite chez le Feynman peut être très utile.
A+