Champ électrique et magnétique

[Centaury]

Bonjour, de quoi est "fait" un champ magnétique et un champ électrique, des particules ?
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[albanxiii]

Bonjour,

Seul un philosophe se risquerait à répondre à cette question. En tout cas, pas un physicien.
Reprenez la définition d'un champ, et vous avez la réponse. Ces champs agissent sur les charges électriques. (et la prochaine question : de quoi est fait la charge électrique... idem).

[Gwinver]

Bonsoir.

de quoi est "fait" un champ magnétique et un champ électrique

C'est fait de rien.
Ce qu'on appelle champ est en fait une sorte de représentation du fait qu'il y ait action potentielle à distance.

Après, il y a le photon qui est la particule porteuse de l'interaction électromagnétique, ici on ne parle plus de champ, mais d'interaction:

https://fr.wikipedia.org/wiki/Photon

En théorie quantique des champs, le photon est la particule médiatrice de l’interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d’un point de vue quantique comme un échange de photons.

[Deedee81]

Salut,

Ouais, mais de quoi est fait le photon ? Non, sans rire, j'ai des réponses mais c'est certainement aller beaucoup trop loin. La meilleure attitude à adopter est certainement celle qui précède (de toi et Albanxiii).

Expérimentalement (et la physique est avant tout une science expérimentale) on constate l'existence de charges électriques qu'on peut mettre en évidence de nombreuses manières (électroscope, courant électrique...).
On ne cherche pas (en tout cas à ce niveau) à savoir ce "qu'est" la charge, on la constate, on décrit ses propriétés et c'est tout.
Et on constate (justement en étudiant ces effets, ces propriétés) que les charges agissent à distance sur d'autres charges (répulsion, attraction) ce qu'on traduit par un champ (une grandeur physique prenant une valeur en tout point). C'est une simple représentation de l'effet. L'étude des différentes propriétés de ce champ conduit aux équations de Maxwell qui décrivent le champ électromagnétique et on constate facilement qu'elles permettent l'existence d'ondes électromagnétiques. C'est-à-dire de variations des champs électriques et magnétiques, périodiques et qui se propagent : les ondes électromagnétiques (ondes radios, lumière...)

Après on peut aller plus loin en parlant du photon, des symétries de phase etc.... Mais ça nécessite aussi beaucoup de background et donc des explications approfondies et complexes (mécanique quantique, théorie quantique des champs, théories de jauge,...). Et trèèèèès longues. Il faut mieux limiter son ambition, admettre que la physique est expérimentale et descriptive et y aller pas à pas (même si le chemin est long.... il est passionnant ). Ne pas tout comprendre en 10 lignes peut être frustrant mais faut s'y faire

[A voir en vidéo sur Futura]

[Biname]

Salut,

Le champ est aussi parfaitement décrit par l'analyse vectorielle : une merveille mathématique sur laquelle Maxwell s'est appuyé pour écrire ses équations (100 heures post bac C exercices compris) !

Biname

[Deedee81]

Salut,

Bon Centaury n'est pas encore repassé mais il vient régulièrement donc :

Le champ est aussi parfaitement décrit par l'analyse vectorielle : une merveille mathématique sur laquelle Maxwell s'est appuyé pour écrire ses équations (100 heures post bac C exercices compris) !

C'est vrai et c'est une bonne remarque sur le coté descriptif de la physique. Un peu d'histoire peut sans doute apporter une bonne illustration, complémentaire à ci-dessus.

- Initialement (surtout 18e et 19e siècle) de nombreux physiciens ont étudiés séparément les propriétés de l'électricité et du magnétisme. Avec l'effet Joule, la pile de Volta, etc.... Mais aussi les interactions entre magnétisme et électricité avec Oersted.
A cette époque pas de notion de champ et on décrit les phénomènes et les propriétés. Le sujet n'était pas simple car outre l'électricité et le magnétisme, il y avait aussi les propriétés électriques et magnétiques des substances, l'électrochimie (la pile électrique), etc... Il était difficile de démêler l'écheveau des phénomènes.
- Puis arrive Faraday, expérimentateur de génie il n'avait pas de formation académique (ce qui lui fermait pas mal de portes) et était totalement nul en math !
Il a beaucoup étudié l'électricité et le magnétisme et leurs interactions et les effets à distance, dégageant le concept de "tubes de forces" (qu'on qualifierait maintenant plutôt de champ et ligne de champ).
- Puis Maxwell. Celui-ci prend tout ce qui avait été découvert, y compris par Faraday, et en fait une fabuleuse synthèse mathématique. Un trait de génie fut de comprendre qu'il manquait un petit quelque chose : le courant de déplacement. Cela a conduit à de magnifiques équations.
- Ces équations montraient aussi qu'il devait y avoir des ondes électromagnétiques se déplaçant à une vitesse c bien précise dans le vide. Et on soupçonnait la lumière d'être dans ce cas.
- Il publia avec en sous-titre "basé sur les tubes de forces de Faraday" qu'il envoya à ce dernier. Faraday en fut extrêmement heureux. Il était enfin reconnu.
- Deux découvertes expérimentales majeures ont suivi : la vérification que la lumière était bien une onde électromagnétique et l'émission/détection d'ondes radios par Hertz.
Là encore on est dans le descriptif.
- En fait les équations de Maxwell étaient.... horribles. Pleins de champs et huit équations.
- C'est Heaviside qui est repassé dessus et a obtenu quatre équations très symétriques et très élégantes. Celles qu'on connait maintenant. L'histoire est un peu injuste, on devrait dire "équations de Maxwell-Heaviside"
(mais bon, on pourrait dire aussi relativité générale de Einstein-Cartan, la physique mathématique est très utile mais beaucoup moins médiatique que l'expérience ou que la physique théorique)
- Lorentz découvre que ces équations sont invariantes sous des transformations (qui portent son nom), théorie relativiste avant l'heure
- Et la formulation de la relativité sous forme vectorielle permit l'écriture des équations de Maxwell sous une forme incroyablement simple et élégante :
https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...rme_covariante
avec le tenseur EM dual la première équation est encore plus simple.
(simples et très parlantes quand on connait la signification de ces grandeurs)

Donc des progrès fabuleux, précis, quantitatifs, élégants.... mais toujours descriptif et mathématique pour la formulation rigoureuse.
La nature des choses appartenant à la philosophie ou la métaphysique
(et partielement à la physique quand on a des théories plus avancées comme la théorie quantique des champs, mais ça ne fait que repousser les questions philosophiques, j'en parlais plus haut)

[Centaury]

Merci! Je comprends mieux maintenant, je n'avais pas bien compris ce que signifiait un "champ" mais avec vos explications et en y repensant sa devient plus clair, c'est comme un champ gravitationnel le "champ" en tant que tel n'est constitué de rien mais il délimite la zone d'influence de la gravité. Mais j'avoue que je n'ai pas suffisamment de connaissances approfondies pour tout comprendre mais malgré tout au fil du temps j'en apprends toujours un peu plus

[Deedee81]

Merci! Je comprends mieux maintenant, je n'avais pas bien compris ce que signifiait un "champ" mais avec vos explications et en y repensant sa devient plus clair, c'est comme un champ gravitationnel le "champ" en tant que tel n'est constitué de rien mais il délimite la zone d'influence de la gravité. Mais j'avoue que je n'ai pas suffisamment de connaissances approfondies pour tout comprendre mais malgré tout au fil du temps j'en apprends toujours un peu plus

Ca peut être "matériel". Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point. Ni plus ni moins.
Exemple : le champ de température dans une pièce.
Le champ de vitesse de l'eau dans une rivière.
Où le champ d'une onde sonore (même si on l'appelle rarement ainsi) = la pression en tout point.

Et donc aussi le champ EM = valeur des champs électriques et magnétiques en tout point.
Champ gravitationnel = gravité en tout point (*).
Et cela peut se mesurer par ses effets (quoi d'autre ? S'il n'y a aucun effet ce n'est pas mesurable, si ce n'est pas mesurable ça n'existe pas)

(*) mais je ne qualifierais pas ça de juste "rien" La valeur de la gravité en chaque point peut s'identifier au tenseur de courbure de Riemann Christoffel. Et ses composantes sont liées à des effets concrets : forces de marée, dilatation du temps et contraction des longueur gravitationnel, effets géométriques (évidemment, la courbure ). Et c'est des effets tout à fait concret, pas du rien. Et comme la relativité nous a enseigné que la physique est locale (on ne peut envisager les relations entre choses que de proche en proche) cela a du sens de parler de ce qu'il y a entre deux planètes ou entre deux charges électriques.
EDIT Ah oui, n'oublie pas qu'une onde électromagnétique (qui n'est qu'une variation de ces champs) transporte de l'énergie. C'est pas rien ça.

C'est juste que tout absolument tout en physique n'existe qu'à travers ses effets. Même voir un ballon c'est un effet (interaction avec de la lumière qui va ensuite frapper la rétine) ou le toucher (interaction entre molécules activant un neurone qui envoie un signal). La "nature des choses" n'étant pas vraiment un concept physique. Même s'il est assez évident que dans la vie au quotidien on voit des choses "concrètes et réelles" autour de soit, cela ne leur donne pas plus de réalité que l'électron, le photon, le champ électrique ou le champ gravitationnel. Ca c'est juste nos sens humains qui sont limités, pas une différence qualitative de "réalité". Et la "nature" du ballon n'est pas plus claire que la nature d'un électron ou d'un champ électrique (EDIT au contraire, ces derniers sont plus simples ).

Comme disait Shakespeare : "Il y a plus de choses dans le ciel et sur la terre, Horatio, que n'en rêve votre philosophie." moi je dirais en plus "Il y a plus de choses dans le ciel et sur la terre, Centaury, que n'en montrent vos sens" . Et pour le décrire, la physique a développé son langage, ses méthodes, etc.... mais ça reste "la science du monde réel", pas un truc applicable à un monde imaginaire ou à du "rien" séparant les charges électriques

[Centaury]

Une onde électromagnétique transporte de l'énergie mais cette énergie se présente sous quelle "forme" ?

[f6bes]

Bjr,
Sous la forme d'un "champ électromagnétique" plus ou moins puissant qui se traduit dans l'antenne de réception par un courant électrique.
J' ai comme l'impression que ça ne va pas te suffire !!
Bonne journée

[Deedee81]

Salut,

J'allais dire "sous forme d'un champ électrique et magnétique qui varient". Ceux-ci peuvent agir sur des charges par exemple et il y a transport d'énergie (pas seulement le champ mais sa variation qui se propage a une certaine énergie).
Tout comme une onde sonore : c'est des vibrations de (par exemple) l'air : les molécules elles mêmes ne voyagent pas, mais la vibration se propage et c'est elle qui transporte l'énergie et peut agit sur une membrane de micro par exemple.

[Gwinver]

Bonsoir.

L'onde électromagnétique est constituée de photons.
Chaque photon "a" ou "contient" une certaine énergie.
Cette énergie se transforme lors des interactions avec d'autres particules. Par exemple, un photon est capable de placer un électron d'un atome sur un niveau d'énergie plus élevé. Ou, comme dit F6BES cette énergie met en mouvement des électrons dans une antenne.
C'est un peu comme une boule de pétanque qui est lancée. Lors de l'envoi, la boule acquiert une certaine énergie cinétique. Lorsque la boule en heurte une autre, elle lui communique son énergie. Si la boule heurte une surface dure, comme un mur, elle provoque une agitation des molécules de cette matière sous forme de chaleur.

[Centaury]

Salut à tous, alors je suppose qu'ont pourrais dire que tant que l'onde électromagnétique ne rentre pas en contact avec quelque chose comme des électrons par exemple, son énergie est potentielle comme une onde électromagnétique se propageant dans le vide spatial.

[Deedee81]

Salut,

tant que l'onde électromagnétique ne rentre pas en contact avec quelque chose comme des électrons par exemple, son énergie est potentielle comme une onde électromagnétique se propageant dans le vide spatial.

Ce n'est pas tout à fait la manière de le dire (énergie potentielle ayant une définition assez restreinte) mais oui, (avec la définition plus "grand public" de "potentiel") c'est juste.

[f6bes]

Salut à tous, alors je suppose qu'ont pourrais dire que tant que l'onde électromagnétique ne rentre pas en contact avec quelque chose comme des électrons par exemple, son énergie est potentielle comm e une onde électromagnétique se propageant dans le vide spatial.

Remoi, Il y a tout de meme un hic....! L'énergie de l'onde DIMINUE comme le carré de la distance. Elle s'affaiblit donc!
Sinon si elle restait constante, il n'y aurait pas besoin d'avoir des "préamplificateurs". ( réception difficile)...et ce n'est pas le cas.
Bonne journée

[Deedee81]

Remoi, Il y a tout de meme un hic....! L'énergie de l'onde DIMINUE comme le carré de la distance. Elle s'affaiblit donc!
Sinon si elle restait constante, il n'y aurait pas besoin d'avoir des "préamplificateurs". ( réception difficile)...et ce n'est pas le cas.

Bah, c'est juste un étalement (qu'on l'appelle potentielle ou pas)

[Gwinver]

Bonjour.

La densité de puissance surfacique diminue comme le carré de la distance pour une onde issue d'un point et se propageant de façon divergente.
Ce n'est pas le cas par exemple d'un rayonnement laser.
Egalement, la densité surfacique diminue, mais pas celle des photons dont l'énergie reste constante, il y a simplement de moins en moins de photons par unité de surface.

[Deedee81]

Ce n'est pas le cas par exemple d'un rayonnement laser.

Hé si Les lasers ne sont jamais parfaitement rectiligne. Et eux aussi s'évasent et diminuent en r².
Exemple, la mesure de la distance Terre-Lune avec le laser au pic du midi. La zone d'éclairement sur la Lune fait plus de 100m.
Elle fait demi-tour (catadioptre de Appolo) et au retour il faut un capteur CCD pour détecter les quelques photons qui reviennent dans le capteur !!!

Egalement, la densité surfacique diminue, mais pas celle des photons dont l'énergie reste constante, il y a simplement de moins en moins de photons par unité de surface.

C'est vrai mais attention aux subtilités quantiques Le photon a une "fonction" d'onde qui s'étale aussi. Et c'est la probabilité de détection qui diminue par unité de surface. Mais bon, en gros, ça revient au-même.