16 : Ondes électromagnétiques
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Dans ce chapitre, nous expliquons la théorie de Maxwell et montrons comment elle conduit à sa prédiction des ondes électromagnétiques. Nous utilisons sa théorie pour examiner ce que sont les ondes électromagnétiques, comment elles sont produites et comment elles transportent l'énergie et la quantité de mouvement. Nous concluons en résumant certaines des nombreuses applications pratiques des ondes électromagnétiques.
- 16.1 : Prélude aux ondes électromagnétiques
- La théorie a prédit le phénomène général des ondes électromagnétiques avant que quiconque ne réalise que la lumière est une forme d'onde électromagnétique. Au milieu du XIXe siècle, James Clerk Maxwell a formulé une théorie unique combinant tous les effets électriques et magnétiques connus à cette époque. Les équations de Maxwell, résumant cette théorie, prédisaient l'existence d'ondes électromagnétiques se déplaçant à la vitesse de la lumière. Sa théorie a également prédit le comportement de ces ondes et leur transport d'énergie et d'élan.
- 16.2 : Équations de Maxwell et ondes électromagnétiques
- James Clerk Maxwell (1831—1879) a été l'un des principaux contributeurs à la physique au XIXe siècle. Bien qu'il soit mort jeune, il a grandement contribué au développement de la théorie cinétique des gaz, à la compréhension de la vision des couleurs et à la nature des anneaux de Saturne. Il est surtout connu pour avoir combiné les connaissances existantes sur les lois de l'électricité et du magnétisme avec ses propres idées en une théorie électromagnétique globale complète, représentée par les équations de Maxwell.
- 16.3 : Ondes électromagnétiques planes
- Les ondes mécaniques traversent un milieu tel qu'une ficelle, de l'eau ou de l'air. La prédiction la plus significative des équations de Maxwell est peut-être l'existence de champs électriques et magnétiques (ou électromagnétiques) combinés qui se propagent dans l'espace sous forme d'ondes électromagnétiques. Comme les équations de Maxwell s'appliquent à l'espace libre, les ondes électromagnétiques prédites, contrairement aux ondes mécaniques, ne nécessitent pas de milieu pour se propager.
- 16.4 : Énergie transportée par les ondes électromagnétiques
- Les ondes électromagnétiques apportent de l'énergie à un système grâce à leurs champs électriques et magnétiques. Ces champs peuvent exercer des forces et déplacer des charges dans le système et, par conséquent, agir sur celles-ci. Cependant, il y a de l'énergie dans une onde électromagnétique elle-même, qu'elle soit absorbée ou non. Une fois créés, les champs emportent l'énergie loin d'une source. Si de l'énergie est absorbée par la suite, l'intensité du champ diminue et tout ce qui reste continue.
- 16.5 : Moment et pression de rayonnement
- Les objets matériels sont constitués de particules chargées. Une onde électromagnétique incidente sur l'objet exerce des forces sur les particules chargées, conformément à la force de Lorentz. Ces forces agissent sur les particules de l'objet, augmentant ainsi son énergie, comme indiqué dans la section précédente. L'énergie que transporte la lumière du soleil fait partie intégrante de chaque journée chaude et ensoleillée.
- 16.6 : Le spectre électromagnétique
- Les ondes électromagnétiques ont une vaste gamme d'applications pratiques quotidiennes qui incluent des utilisations aussi diverses que la communication par téléphone portable et la radiodiffusion, le WiFi, la cuisine, la vision, l'imagerie médicale et le traitement du cancer. Dans ce module, nous expliquons comment les ondes électromagnétiques sont classées en catégories telles que la radio, l'infrarouge, l'ultraviolet, etc. Nous résumons également certaines des principales applications pour chaque gamme.