Ondes électromagnétiques

[DavianThule95]

Bonjour,

En me renseignant sur les ondes électromagnétiques, plusieurs questions me sont venues :

- Qu'est-ce que l'amplitude ? Existe-t-il un lien entre celle-ci et l'énergie d'une onde ?
- Qu'est-ce que la quantité de mouvement ?
- La fréquence et l'amplitude de l'onde électromagnétique diminue avec la distance ( ou le temps ? ), en perdant de l'énergie, comment se calcule cette perte ?
- J'ai entendu dire que la lumière était déviée par la gravité, connaitriez-vous l'équation ?

Je sais que j'ai beaucoup de question ^^" mais se serait sympa si vous pouviez répondre à certaines d'entre elles.

Merci d'avance.
DavianThule95
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[inviteede7e2b6]

1) l'amplitude est fonction de l'énergie : principe de physique

2) je ne vois pas ce que ça a à faire dans ce domaine

3) l'amplitude diminue mais pas la fréquence et heureusement, l'amplitude diminue avec le carré de la distance ( cours de physique)

4) la lumière est déviée par la gravité , il n'y a pas de formule magique , mais tu peux lire les principes de la relativité de tonton Albert

[Quarkonium]

1) Une onde électromagnétique est une oscillation couplée du champ électrique et du champ magnétique qui se propage dans l'espace. Tu peux voir l'amplitude comme étant l'ampleur de l'oscillation. Par exemple, si tu tapes doucement dans l'eau, la bosse (l'onde en fait) qui se propage à la surface ne sera pas très grande, donc elle aura une petite amplitude. Au contraire, si tu frappes fort la surface, la vague résultante sera plus grande, donc avec une plus grande amplitude. Il paraît alors logique qu'amplitude et énergie d'une onde sont reliées. L'énergie est proportionnelle au carré de l'amplitude.

2) L'idée de quantité de mouvement est relativement abstraite selon le cadre dans lequel elle est introduite. En mécanique classique, elle est simplement définie comme le produit de la masse d'un objet par sa vitesse . Pour deux objets se déplaçant à la même vitesse, le plus lourd est celui ayant la plus grande quantité de mouvement ; pour deux objets de même masse, le plus rapide est celui ayant la plus grande quantité de mouvement. Mais dans le cadre de la mécanique relativiste, même des objets sans masse peuvent avoir une quantité de mouvement non nulle, c'est le cas des ondes électromagnétiques. la quantité de mouvement va dans ce cas être proportionnelle à la fréquence, et donc également à l'énergie.

3) La fréquence de l'onde ne varie pas au cours de sa propagation. L'onde se propage dans notre espace en trois dimensions, son énergie va donc se répartir sur une surface de plus en plus grande au fil de la propagation ; l'énergie, et donc l'amplitude, vont donc se disperser avec la distance. Cette perte d'amplitude est proportionnelle au carré de la distance puisque l'onde est répartie sur une surface (dont la dimension est le mètre carré).

4) D'après la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, la gravité, plutôt que d'être vue comme une force, peut être vue comme une courbure de l'espace (et du temps). La lumière se propage en ligne droite dans l'espace, mais si l'espace est courbé par une masse, alors la lumière suivra la courbure de l'espace et sa trajectoire sera déviée.

[DavianThule95]

Merci pour ces"réponses. Vous dites que la fréquence de l'onde ne varie pas, mais celle-ci est proportionnelle à l'énergie non ? Si l'énergie diminue, la fréquence baisse aussi, quand est-il du décalage vers le rouge ? Ou alors n'est ce que la fréquence "apparente" de l'onde ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Merci pour ces"réponses. Vous dites que la fréquence de l'onde ne varie pas, mais celle-ci est proportionnelle à l'énergie non ? Si l'énergie diminue, la fréquence baisse aussi, quand est-il du décalage vers le rouge ? Ou alors n'est ce que la fréquence "apparente" de l'onde ?

Bonjour.
L’énergie des ondes n’a rien à voir avec leur fréquence.
L’énergie des photons associés à l’onde dépend de la fréquence de cette dernière.
Au revoir.

[Deedee81]

Salut,

EDIT croisement avec LPFR

Merci pour ces"réponses. Vous dites que la fréquence de l'onde ne varie pas, mais celle-ci est proportionnelle à l'énergie non ? Si l'énergie diminue, la fréquence baisse aussi, quand est-il du décalage vers le rouge ? Ou alors n'est ce que la fréquence "apparente" de l'onde ?

Non, l'énergie d'une onde électromagnétique ne dépend pas de sa fréquence. Elle est liée à son intensité (le carré de son amplitude).

Attention de ne pas confondre avec les photons (dont l'énergie est la constante de Planck fois la fréquence ), le photon est un "quantum" (une quantité irréductible) d'onde électromagnétique. Et dans une onde électromagnétique d'énergie E va contenir photons).

Oui, lorsqu'il y a décalage vers le rouge (quel qu'en soit l'origine, Doppler, gravitation, expansion cosmologique), il y a bel et bien une diminution de la fréquence et aussi une diminution de l'énergie et donc de l'amplitude (attention, ici on parle bien d'ondes électromagnétiques, pas du son par exemple).

P.S. C'est bizarre, j'ai un doute concernant cet effet. Si quelqu'un peut confirmer l'effet Doppler sur l'amplitude des ondes électromagnétiques, c'est le bienvenu.

[coussin]

J'associerais l'amplitude avec le nombre de photons. Ça, ça ne change pas. Ce dont vous parlez (amplitude qui diminue avec la distance), c'est pour une onde sphérique et est lié à des trucs géométriques (l'angle solide avec lequel est vu l'onde à une certaine distance). Si on prend une onde plane, l'amplitude ne diminue pas ce qui corrobore son lien avec le nombre de photons.

[Amanuensis]

P.S. C'est bizarre, j'ai un doute concernant cet effet. Si quelqu'un peut confirmer l'effet Doppler sur l'amplitude des ondes électromagnétiques, c'est le bienvenu.

C'est la notion de "énergie d'une onde" qui est en cause.

L'énergie d'un photon lors de son absorption, cela a un sens clair.

L'énergie volumique du champ électro-magnétique, cela a un sens clair.

La puissance d'émission d'un émetteur d'onde électro-magnétique, cela a un sens clair.

L'énergie d'une onde?

(Une fois la définition donnée, ce sera intéressant de relire les réponses )

[Deedee81]

Salut,

J'associerais l'amplitude avec le nombre de photons. Ça, ça ne change pas. Ce dont vous parlez (amplitude qui diminue avec la distance), c'est pour une onde sphérique et est lié à des trucs géométriques (l'angle solide avec lequel est vu l'onde à une certaine distance). Si on prend une onde plane, l'amplitude ne diminue pas ce qui corrobore son lien avec le nombre de photons.

Mon problème est le suivant (je commet sûrement une faute idiote, c'est mon habitude )

Sans faire appel à la notion de photons.

Soit une impulsion EM d'une durée T avec une énergie E et une frequence nu.
Soit un observateur en mouvement qui s'éloigne.
Lui, va percevoir une durée T' plus grande pour l'impulsion, une fréquence nu' plus faible. C'est l'effet Doppler.
Mais l'énergie E' est également plus faible, que ce soit le Doppler habituel ou le décalage vers le rouge. C'est un résultat relativiste assez classique.

Donc, forcément pour cet observateur, l'amplitude doit être plus faible puisque l'énergie totale (qui diminue) dépend uniquement de l'amplitude et de la durée (qui augmente).

Mais ça, ça me semble une aberration. Je n'ai jamais lu que l'amplitude était affectée par Doppler. D'où mon P.S. ci-dessus.
Je me doute bien que je comment une grosse faute quelque part, mais ça m'échappe
Bon, j'ai peut-être juste besoin d'un café.

[Amanuensis]

(je commet sûrement une faute idiote, c'est mon habitude )

Le 's' à 'commet' ?

[Amanuensis]

Lui, va percevoir une durée T' plus grande pour l'impulsion, une fréquence nu' plus faible.

Et un nombre de périodes constant.

Donc, forcément pour cet observateur, l'amplitude doit être plus faible puisque l'énergie totale (qui diminue)

Pourquoi diminue-t-elle? (Le mot "totale" est important...)

L'intégrale du carré de a cos wt sur un nombre donné de périodes ne dépend pas de la fréquence.

[Deedee81]

Le 's' à 'commet' ?

S'il n'y avait que ça ce serait trop beau

Et un nombre de périodes constant.

En effet.

Pourquoi diminue-t-elle? (Le mot "totale" est important...)
L'intégrale du carré de a cos wt sur un nombre donné de périodes ne dépend pas de la fréquence.

D'accord, il faut intégrer sur une période et le nombre de période étant constant le total reste identique. Merci. C'est déjà mieux.

J'ai clairement mélangé amplitude maximale et amplitude instantanée, pas malin

Mais le total devrait diminuer non ?
(par exemple dans le redshift gravitationnel l'énergie totale d'une impulsion diminue. D'un point de vue classique c'est juste l'effet de l'énergie potentielle. C'est par exemple décrit dans la première partie de l'argument utilisé dans le livre Gravitation pour montrer que la RR n'est pas valable en présence de la gravitation).

[Amanuensis]

Mais le total devrait diminuer non ?

Dépend des cas...

En classique ou RR, l'énergie est conservée. Le total est inchangé. (D'où on déduit que <a²> n'est pas une énergie, )

(par exemple dans le redshift gravitationnel l'énergie totale d'une impulsion diminue

Il n'y a pas conservation de l'énergie en règle générale en RG.

D'un point de vue classique c'est juste l'effet de l'énergie potentielle. C'est par exemple décrit dans la première partie de l'argument utilisé dans le livre Gravitation pour montrer que la RR n'est pas valable en présence de la gravitation).

[Amanuensis]

J'ai clairement mélangé amplitude maximale et amplitude instantanée, pas malin

Cela n'entre pas en jeu, elles sont proportionnelles.