Les ondes électromagnétiques sont décrites par les équations de Maxwell, communes aux phénomènes électromagnétiques. Même en l'absence de charges et de courants électriques dans l'espace, les équations de Maxwell ont des solutions non nulles. Ces solutions décrivent les ondes électromagnétiques.
En l’absence de charges et de courants, les équations de Maxwell prennent la forme suivante :
,
En appliquant l'opération de pourriture aux deux premières équations, vous pouvez obtenir des équations distinctes pour déterminer la force des champs électriques et magnétiques.
Ces équations ont la forme typique des équations d’ondes. Leurs solutions sont une superposition d'expressions du type suivant
Où – Un certain vecteur, appelé vecteur d'onde, ? – un nombre appelé fréquence cyclique, ? - phase. Les grandeurs sont les amplitudes des composantes électriques et magnétiques de l’onde électromagnétique. Ils sont perpendiculaires entre eux et égaux en valeur absolue. L'interprétation physique de chacune des grandeurs introduites est donnée ci-dessous.
Dans le vide, une onde électromagnétique se propage à une vitesse appelée vitesse de la lumière. La vitesse de la lumière est une constante physique fondamentale, désignée par la lettre latine c. Selon les postulats de base de la théorie de la relativité, la vitesse de la lumière est la vitesse maximale possible de transmission d'informations ou de mouvement du corps. Cette vitesse est de 299 792 458 m/s.
Une onde électromagnétique est caractérisée par sa fréquence. Distinguer la fréquence de ligne ? et fréquence cyclique ? = 2 ??. Selon la fréquence, les ondes électromagnétiques appartiennent à l'une des gammes spectrales.
Une autre caractéristique d’une onde électromagnétique est le vecteur d’onde. Le vecteur d'onde détermine la direction de propagation d'une onde électromagnétique, ainsi que sa longueur. La valeur absolue du vecteur d’onde est appelée nombre d’onde.
Longueur d'onde électromagnétique ? = 2 ? / k, où k est le numéro d'onde.
La longueur d’une onde électromagnétique est liée à la fréquence via la loi de dispersion. Dans le vide, cette connexion est simple :
?? = c.
Cette relation s'écrit souvent sous la forme
? = ck.
Les ondes électromagnétiques ayant la même fréquence et le même vecteur d'onde peuvent différer en phase.
Dans le vide, les vecteurs intensités des champs électriques et magnétiques d'une onde électromagnétique sont nécessairement perpendiculaires à la direction de propagation de l'onde. De telles ondes sont appelées ondes transversales. Mathématiquement, ceci est décrit par les équations et . De plus, les intensités des champs électriques et magnétiques sont perpendiculaires entre elles et sont toujours égales en valeur absolue en tout point de l'espace : E = H. Si vous choisissez un système de coordonnées pour que l'axe z coïncide avec la direction de propagation du Onde électromagnétique, il existe deux possibilités différentes pour les directions des vecteurs d'intensité du champ électrique. Si le champ éclectique est dirigé le long de l’axe des x, alors le champ magnétique sera dirigé le long de l’axe des y, et vice versa. Ces deux possibilités différentes ne s'excluent pas mutuellement et correspondent à deux polarisations différentes. Cette question est abordée plus en détail dans l'article Polarisation des ondes. 
Gammes spectrales avec lumière visible mise en évidence Selon la fréquence ou la longueur d'onde (ces grandeurs sont liées les unes aux autres), les ondes électromagnétiques sont classées en différentes gammes. Les vagues de différentes gammes interagissent avec les corps physiques de différentes manières.
Les ondes électromagnétiques ayant la fréquence la plus basse (ou la longueur d'onde la plus longue) sont classées comme portée radio. La portée radio est utilisée pour transmettre des signaux à distance à l’aide de la radio, de la télévision et des téléphones portables. Le radar fonctionne dans la portée radio. La portée radio est divisée en mètre, décimètre, centimètre, millimètre, en fonction de la longueur de l'onde électromagnétique.
Les ondes électromagnétiques appartiennent très probablement à la gamme infrarouge. Le rayonnement thermique du corps se situe dans le domaine infrarouge. L'enregistrement de cette vibration est à la base du fonctionnement des appareils de vision nocturne. Les ondes infrarouges sont utilisées pour étudier les vibrations thermiques des corps et aider à déterminer la structure atomique des solides, des gaz et des liquides.
Le rayonnement électromagnétique dont les longueurs d'onde sont comprises entre 400 nm et 800 nm appartient au domaine de la lumière visible. Selon la fréquence et la longueur d'onde, la couleur de la lumière visible varie.
Les longueurs d'onde inférieures à 400 nm sont appelées ultra-violet. L'œil humain ne peut pas les distinguer, bien que leurs propriétés ne diffèrent pas de celles des ondes visibles. La fréquence plus élevée et, par conséquent, l'énergie des quanta de cette lumière conduisent à un effet plus destructeur des ondes ultraviolettes sur les objets biologiques. La surface de la Terre est protégée des effets nocifs des ondes ultraviolettes par la couche d'ozone. Pour une protection supplémentaire, la nature a doté les gens d'une peau foncée. Cependant, les humains ont besoin de rayons ultraviolets pour produire de la vitamine D. C’est pourquoi les habitants des latitudes septentrionales, où l’intensité des ondes ultraviolettes est moindre, ont perdu leur couleur de peau foncée.
Les ondes électromagnétiques de fréquence plus élevée appartiennent à radiographie gamme. Ils sont appelés ainsi parce que Roentgen les a découverts en étudiant le rayonnement produit lors de la décélération des électrons. Dans la littérature étrangère, ces vagues sont généralement appelées Rayons X respectant le souhait de Roentgen que les rayons ne portent pas son nom. Les ondes de rayons X interagissent faiblement avec la matière, étant absorbées plus fortement là où la densité est plus grande. Ce fait est utilisé en médecine pour la fluorographie aux rayons X. Les ondes de rayons X sont également utilisées pour l'analyse élémentaire et l'étude de la structure des corps cristallins.
La fréquence la plus élevée et la longueur la plus courte ont ?-des rayons. Ces rayons se forment à la suite de réactions nucléaires et de réactions entre particules élémentaires. Les rayons ? ont un effet destructeur important sur les objets biologiques. Cependant, ils sont utilisés en physique pour étudier diverses caractéristiques du noyau atomique.
L'énergie d'une onde électromagnétique est déterminée par la somme des énergies des champs électrique et magnétique. La densité d'énergie en un certain point de l'espace est donnée par l'expression :
.
La densité énergétique moyenne dans le temps est égale à.
,
Où E 0 = H 0 est l'amplitude de l'onde.
La densité de flux énergétique de l’onde électromagnétique est importante. Il détermine notamment le flux lumineux en optique. La densité de flux énergétique d'une onde électromagnétique est spécifiée par le vecteur Umov-Poynting.
La propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu présente un certain nombre de caractéristiques par rapport à la propagation dans le vide. Ces caractéristiques sont liées aux propriétés du milieu et dépendent généralement de la fréquence de l'onde électromagnétique. Les composantes électriques et magnétiques de l’onde provoquent la polarisation et la magnétisation du milieu. Cette réponse du médium est différente dans le cas des basses et des hautes fréquences. À basse fréquence de l'onde électromagnétique, les électrons et les ions de la substance ont le temps de réagir aux changements d'intensité des champs électriques et magnétiques. La réponse du milieu suit les fluctuations temporelles en ondes. À haute fréquence, les électrons et les ions de la substance n'ont pas le temps de se déplacer pendant la période d'oscillation des champs d'ondes, et donc la polarisation et la magnétisation du milieu sont bien moindres.
Un champ électromagnétique basse fréquence ne pénètre pas dans les métaux, où se trouvent de nombreux électrons libres, qui sont ainsi déplacés et amortissent complètement l'onde électromagnétique. Une onde électromagnétique commence à pénétrer dans le métal à une fréquence dépassant une certaine fréquence, appelée fréquence du plasma. À des fréquences inférieures à la fréquence du plasma, l’onde électromagnétique peut pénétrer la couche superficielle du métal. Ce phénomène est appelé effet peau.
Dans les diélectriques, la loi de dispersion de l'onde électromagnétique change. Si les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide avec une amplitude constante, elles sont atténuées dans le milieu par absorption. Dans ce cas, l’énergie des vagues est transférée aux électrons ou aux ions du milieu. Au total, la loi de dispersion en l'absence d'effets magnétiques prend la forme
Où le nombre d'onde k est une quantité complexe dont la partie imaginaire décrit la diminution de l'amplitude de l'onde électromagnétique, est la constante diélectrique complexe du milieu dépendant de la fréquence.
Dans les milieux anisotropes, la direction des vecteurs d'intensité des champs électriques et magnétiques n'est pas nécessairement perpendiculaire à la direction de propagation des ondes. Cependant, la direction des vecteurs induction électrique et magnétique conserve cette propriété.
Dans certaines conditions, un autre type d'onde électromagnétique peut se propager dans un milieu : une onde électromagnétique longitudinale, pour laquelle la direction du vecteur d'intensité du champ électrique coïncide avec la direction de propagation de l'onde.
Au début du XXe siècle, afin d'expliquer le spectre du rayonnement du corps noir, Max Planck a proposé que les ondes électromagnétiques soient émises par des quanta avec une énergie proportionnelle à la fréquence. Quelques années plus tard, Albert Einstein, expliquant le phénomène de l'effet photoélectrique, élargit cette idée en suggérant que les ondes électromagnétiques sont absorbées par les mêmes quanta. Ainsi, il est devenu clair que les ondes électromagnétiques sont caractérisées par certaines propriétés qui étaient auparavant attribuées aux particules matérielles, les corpuscules.
Cette idée s’appelle la dualité onde-particule.
Peu de gens savent que les rayonnements de nature électromagnétique imprègnent l’Univers tout entier. Les ondes électromagnétiques apparaissent lorsqu'elles se propagent dans l'espace. En fonction de la fréquence de vibration des ondes, elles sont conditionnellement divisées en lumière visible, spectre de radiofréquences, plages infrarouges, etc. L'existence pratique des ondes électromagnétiques a été prouvée expérimentalement en 1880 par le scientifique allemand G. Hertz (d'ailleurs, le l'unité de mesure de fréquence porte son nom).
Grâce à un cours de physique, nous savons ce qu'est un type particulier de matière. Même si seule une petite partie peut être vue par la vision, son influence sur le monde matériel est énorme. Les ondes électromagnétiques sont la propagation séquentielle dans l’espace de vecteurs en interaction d’intensité de champ magnétique et électrique. Cependant, le mot « propagation » dans ce cas n'est pas tout à fait correct : nous parlons plutôt d'une perturbation ondulatoire de l'espace. La raison qui génère des ondes électromagnétiques est l’apparition dans l’espace d’un champ électrique qui change avec le temps. Et comme vous le savez, il existe un lien direct entre les champs électriques et magnétiques. Il suffit de rappeler la règle selon laquelle il existe un champ magnétique autour de tout conducteur porteur de courant. Une particule affectée par les ondes électromagnétiques commence à osciller, et puisqu’il y a un mouvement, cela signifie qu’il y a un rayonnement d’énergie. Le champ électrique est transféré à une particule voisine au repos, ce qui génère à nouveau un champ de nature électrique. Et comme les champs sont interconnectés, le champ magnétique apparaît ensuite. Le processus se propage comme une avalanche. Dans ce cas, il n’y a pas de véritable mouvement, mais seulement des vibrations des particules.
Les physiciens réfléchissent depuis longtemps à la possibilité d’une utilisation pratique de ce produit. Dans le monde moderne, l’énergie des ondes électromagnétiques est si largement utilisée que beaucoup ne la remarquent même pas, la tenant pour acquise. Un exemple frappant est celui des ondes radio, sans lesquelles le fonctionnement des téléviseurs et des téléphones portables serait impossible.
Le processus se déroule comme suit : un conducteur métallique modulé de forme particulière (antenne) est constamment transmis. En raison des propriétés du courant électrique, un champ électrique puis magnétique apparaît autour du conducteur, entraînant l'émission d'ondes électromagnétiques. Puisqu’ils sont modulés, ils portent un certain ordre, des informations codées. Pour capter les fréquences requises, une antenne de réception de conception spéciale est installée chez le destinataire. Il vous permet de sélectionner les fréquences requises dans le fond électromagnétique général. Une fois sur le récepteur métallique, les ondes sont partiellement converties en courant électrique de modulation d'origine. Ensuite, ils se rendent à l'amplificateur et contrôlent le fonctionnement de l'appareil (ils déplacent le diffuseur du haut-parleur, font tourner les électrodes sur les écrans de télévision).
Le courant produit par les ondes électromagnétiques est facilement visible. Pour ce faire, il suffit que l'âme nue du câble allant de l'antenne au récepteur touche la masse commune (radiateur de chauffage. A ce moment, une étincelle saute entre la terre et l'âme - c'est une manifestation du Le courant généré par l'antenne est d'autant plus grand que l'émetteur est proche et puissant. La configuration de l'antenne a également un impact significatif.
Une autre manifestation des ondes électromagnétiques que beaucoup rencontrent quotidiennement dans la vie quotidienne est l’utilisation d’un four à micro-ondes. Les lignes d'intensité du champ tournant traversent l'objet et transfèrent une partie de leur énergie, le chauffant.
M. Faraday a introduit la notion de champ :
un champ électrostatique apparaît autour d'une charge stationnaire,
Un champ magnétique apparaît autour des charges en mouvement (courant).
En 1830, M. Faraday découvre le phénomène d'induction électromagnétique : lorsque le champ magnétique change, un champ électrique vortex apparaît.
Figure 2.7 - Champ électrique vortex
Où, 
- vecteur d'intensité du champ électrique, 
- vecteur d'induction magnétique.
Un champ magnétique alternatif crée un champ électrique vortex.
En 1862, D.K. Maxwell a émis une hypothèse : lorsque le champ électrique change, un champ magnétique vortex apparaît.
L'idée d'un champ électromagnétique unique est née.
Figure 2.8 - Champ électromagnétique unifié.
Un champ électrique alternatif crée un champ magnétique vortex.
Champ électromagnétique- c'est une forme particulière de matière - une combinaison de champs électriques et magnétiques. Des champs électriques et magnétiques alternatifs existent simultanément et forment un seul champ électromagnétique. C'est matériel :
Se manifeste en action sur des charges fixes et mobiles ;
Se propage à une vitesse élevée mais limitée ;
Il existe quels que soient notre volonté et nos désirs.
Lorsque la vitesse de charge est nulle, il n’y a qu’un champ électrique. A vitesse de charge constante, un champ électromagnétique apparaît.
Avec le mouvement accéléré d'une charge, une onde électromagnétique est émise et se propage dans l'espace à une vitesse finie. .
Le développement de l'idée des ondes électromagnétiques appartient à Maxwell, mais Faraday avait déjà deviné leur existence, même s'il avait peur de publier l'ouvrage (il a été lu plus de 100 ans après sa mort).
La principale condition d'apparition d'une onde électromagnétique est le mouvement accéléré des charges électriques.
Ce qu’est une onde électromagnétique peut être facilement illustré à l’aide de l’exemple suivant. Si vous jetez un caillou à la surface de l’eau, des vagues se formeront à la surface et s’étaleront en cercles. Ils se déplacent depuis la source de leur origine (perturbation) avec une certaine vitesse de propagation. Pour les ondes électromagnétiques, les perturbations sont des champs électriques et magnétiques se déplaçant dans l'espace. Un champ électromagnétique qui évolue dans le temps provoque nécessairement l'apparition d'un champ magnétique alternatif, et vice versa. Ces domaines sont interdépendants.
La principale source du spectre des ondes électromagnétiques est l’étoile Soleil. Une partie du spectre des ondes électromagnétiques est visible à l’œil humain. Ce spectre se situe dans la plage de 380 à 780 nm (Fig. 2.1). Dans le spectre visible, l’œil perçoit la lumière différemment. Les vibrations électromagnétiques de différentes longueurs d'onde provoquent la sensation de lumière de différentes couleurs.
Figure 2.9 - Spectre des ondes électromagnétiques
Une partie du spectre des ondes électromagnétiques est utilisée à des fins de radiotélévision et de communication. La source des ondes électromagnétiques est un fil (antenne) dans lequel oscillent des charges électriques. Le processus de formation du champ, qui a commencé à proximité du fil, couvre progressivement, point par point, tout l'espace. Plus la fréquence du courant alternatif traversant le fil et générant un champ électrique ou magnétique est élevée, plus les ondes radio d'une longueur donnée créées par le fil sont intenses.
Radio(lat. radio - rayonner, émettre des rayons ← rayon - rayon) - un type de communication sans fil dans lequel les ondes radio, se propageant librement dans l'espace, sont utilisées comme support de signal.
Les ondes radio(de la radio...), des ondes électromagnétiques de longueur d'onde > 500 µm (fréquence< 6×10 12 Гц).
Les ondes radio sont des champs électriques et magnétiques qui varient dans le temps. La vitesse de propagation des ondes radio dans l'espace libre est de 300 000 km/s. À partir de là, la longueur d’onde radio (m) peut être déterminée.
λ = 300/f, où - fréquence (MHz)
Les vibrations sonores dans l’air créées lors d’une conversation téléphonique sont converties par un microphone en vibrations électriques de fréquence sonore, qui sont transmises par fil à l’équipement de l’abonné. Là, à l'autre bout du fil, elles sont transformées, grâce à l'émetteur téléphonique, en vibrations aériennes, perçues par l'abonné comme des sons. En téléphonie, les moyens de communication du circuit sont les fils, en radiodiffusion - les ondes radio.
Le "cœur" de l'émetteur de toute station de radio est un générateur - un appareil qui produit des oscillations d'une fréquence élevée mais strictement constante pour une station de radio donnée. Ces oscillations radiofréquence, amplifiées à la puissance requise, pénètrent dans l'antenne et excitent des oscillations électromagnétiques exactement de même fréquence - les ondes radio - dans l'espace qui l'entoure. La vitesse des ondes radio qui s'éloignent de l'antenne d'une station radio est égale à la vitesse de la lumière : 300 000 km/s, soit près d'un million de fois plus rapide que la propagation du son dans l'air. Cela signifie que si l'émetteur était allumé à un certain moment à la station de radiodiffusion de Moscou, ses ondes radio atteindraient Vladivostok en moins de 1/30 s et le son pendant ce temps n'aurait le temps de se propager que 10- 11 m.
Les ondes radio se propagent non seulement dans l’air, mais aussi là où il n’y a pas d’air, par exemple dans l’espace. Cela les distingue des ondes sonores, qui nécessitent absolument de l’air ou un autre milieu dense, comme l’eau.
Onde électromagnétique
– champ électromagnétique se propageant dans l’espace (oscillations de vecteurs 
). A proximité de la charge, les champs électriques et magnétiques changent avec un déphasage p/2.
Figure 2.10 - Champ électromagnétique unifié.
A grande distance de la charge, les champs électriques et magnétiques changent de phase.
Figure 2.11 - Changement de phase des champs électriques et magnétiques.
L'onde électromagnétique est transversale.
La direction de la vitesse de l'onde électromagnétique coïncide avec la direction de déplacement de la vis droite lors de la rotation de la poignée de la vrille vectorielle 
vecteur 
.
Figure 2.12 - Onde électromagnétique.
De plus, dans une onde électromagnétique, la relation est satisfaite 
, où c est la vitesse de la lumière dans le vide.
Maxwell a théoriquement calculé l'énergie et la vitesse des ondes électromagnétiques.
Ainsi, l'énergie des vagues est directement proportionnelle à la quatrième puissance de la fréquence. Cela signifie que pour détecter plus facilement une onde, elle doit être de haute fréquence.
Les ondes électromagnétiques ont été découvertes par G. Hertz (1887).
Un circuit oscillatoire fermé n'émet pas d'ondes électromagnétiques : toute l'énergie du champ électrique du condensateur est convertie en énergie du champ magnétique de la bobine. La fréquence d'oscillation est déterminée par les paramètres du circuit oscillatoire : 
.
Figure 2.13 - Circuit oscillatoire.
Pour augmenter la fréquence, il faut réduire L et C, c'est-à-dire dépliez la bobine en un fil droit et, parce que 
, réduisez la surface des plaques et écartez-les à la distance maximale. Nous pouvons voir que nous aurons essentiellement un conducteur droit.
Un tel appareil est appelé vibrateur Hertz. Le milieu est coupé et connecté à un transformateur haute fréquence. Entre les extrémités des fils sur lesquels sont fixés de petites billes conductrices, jaillit une étincelle électrique, qui est la source de l'onde électromagnétique. L'onde se propage de telle sorte que le vecteur d'intensité du champ électrique oscille dans le plan dans lequel se trouve le conducteur.
Figure 2.14 - Vibrateur Hertz.
Si vous placez le même conducteur (antenne) parallèlement à l'émetteur, les charges qu'il contient commenceront à osciller et de faibles étincelles sauteront entre les conducteurs.
Hertz a découvert expérimentalement les ondes électromagnétiques et a mesuré leur vitesse, qui coïncidait avec celle calculée par Maxwell et égale à c = 3. 10 8 m/s.
Un champ électrique alternatif génère un champ magnétique alternatif qui, à son tour, génère un champ électrique alternatif, c'est-à-dire qu'une antenne qui excite l'un des champs provoque l'apparition d'un seul champ électromagnétique. La propriété la plus importante de ce champ est qu’il se propage sous forme d’ondes électromagnétiques.
La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu sans perte dépend de la perméabilité diélectrique et magnétique relative du milieu. Pour l'air, la perméabilité magnétique du milieu est égale à l'unité, donc la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans ce cas est égale à la vitesse de la lumière.
L'antenne peut être un fil vertical alimenté par un générateur haute fréquence. Le générateur dépense de l'énergie pour accélérer le mouvement des électrons libres dans le conducteur, et cette énergie est convertie en un champ électromagnétique alternatif, c'est-à-dire des ondes électromagnétiques. Plus la fréquence du courant du générateur est élevée, plus le champ électromagnétique change rapidement et plus la guérison des ondes est intense.
Au fil d'antenne sont associés à la fois un champ électrique dont les lignes de force commencent sur des charges positives et se terminent sur des charges négatives, et un champ magnétique dont les lignes se ferment autour du courant du fil. Plus la période d'oscillation est courte, moins il reste de temps à l'énergie des champs liés pour revenir au fil (c'est-à-dire au générateur) et plus elle se transforme en champs libres, qui se propagent ensuite sous forme d'ondes électromagnétiques. Un rayonnement efficace des ondes électromagnétiques se produit à condition que la longueur d'onde et la longueur du fil émetteur soient proportionnées.
Ainsi, on peut déterminer que onde radio- il s'agit d'un champ électromagnétique non associé aux dispositifs émetteurs et formant canaux, se propageant librement dans l'espace sous la forme d'une onde avec une fréquence d'oscillation de 10 -3 à 10 12 Hz.
Les oscillations d'électrons dans l'antenne sont créées par une source de force électromotrice variant périodiquement avec une période T. Si à un moment donné le champ au niveau de l'antenne avait une valeur maximale, alors il aura la même valeur après un certain temps T. Pendant ce temps, le champ électromagnétique qui existait initialement au niveau de l'antenne se déplacera sur une distance
λ = υТ (1)
La distance minimale entre deux points de l'espace pour laquelle le champ a la même valeur est appelée longueur d'onde. Comme il ressort de (1), la longueur d’onde λ dépend de la vitesse de sa propagation et de la période d'oscillation des électrons dans l'antenne. Parce que fréquence actuel F = 1/T, alors la longueur d'onde λ = υ / F .
La liaison radio comprend les parties principales suivantes :
Émetteur
Destinataire
L'environnement dans lequel les ondes radio se propagent.
L'émetteur et le récepteur sont des éléments contrôlables d'une liaison radio, puisque vous pouvez augmenter la puissance de l'émetteur, connecter une antenne plus efficace et augmenter la sensibilité du récepteur. Le médium est un élément incontrôlé de la liaison radio.
La différence entre une ligne de communication radio et des lignes filaires est que dans les lignes filaires, des fils ou des câbles, qui sont des éléments contrôlables (vous pouvez modifier leurs paramètres électriques), sont utilisés comme lien de connexion.
Concepts généraux sur les ondes électromagnétiques
Dans la leçon d'aujourd'hui, nous examinerons un sujet aussi important que les ondes électromagnétiques. Et ce sujet est important, ne serait-ce que parce que toute notre vie moderne est liée à la télévision, à la radio et aux communications mobiles. Par conséquent, il convient de souligner que tout cela est réalisé grâce aux ondes électromagnétiques.
Passons maintenant à un examen plus détaillé de la problématique liée aux ondes électromagnétiques et, tout d'abord, nous exprimerons la définition de ces ondes.
Comme vous le savez déjà, une vague est une perturbation se propageant dans l'espace, c'est-à-dire que si une perturbation s'est produite quelque part et qu'elle se propage dans toutes les directions, alors on peut dire que la propagation de cette perturbation n'est rien de plus qu'un phénomène ondulatoire.
Les ondes électromagnétiques sont des oscillations électromagnétiques qui se propagent dans l'espace à une vitesse finie, qui dépend des propriétés du milieu. Autrement dit, on peut dire qu’une onde électromagnétique est un champ électromagnétique ou une perturbation électromagnétique se propageant dans l’espace.
Commençons notre discussion par le fait que la théorie des ondes électromagnétiques du champ électromagnétique a été créée pour la première fois par le scientifique anglais James Maxwell. La chose la plus intéressante et la plus curieuse de ce travail est qu'il s'avère que les champs électriques et magnétiques, comme vous le savez, et depuis, il a été prouvé qu'ils existent ensemble. Mais il s’avère qu’ils peuvent exister complètement en l’absence de toute substance. Cette conclusion très importante a été tirée des travaux de James Clerk Maxwell.
Il s’avère qu’un champ électromagnétique peut exister même en l’absence de substance. Nous vous l’avons dit, les ondes sonores ne sont présentes que là où il y a un médium. Autrement dit, les vibrations qui se produisent avec les particules ont la capacité d'être transmises uniquement là où se trouvent des particules capables de transmettre cette perturbation.
Mais quant au champ électromagnétique, il peut exister là où il n’y a ni substance ni particules. Et donc, le champ électromagnétique existe dans le vide, ce qui signifie que si nous créons certaines conditions et pouvons, pour ainsi dire, créer une perturbation électromagnétique générale dans l'espace, alors cette perturbation a la capacité de se propager dans toutes les directions. Et c'est exactement ce que nous aurons une onde électromagnétique.
La première personne capable d'émettre et de recevoir une onde électromagnétique fut le scientifique allemand Heinrich Hertz. Il fut le premier à créer une telle installation pour le rayonnement et la réception d'ondes électromagnétiques.
La première chose que nous devons dire ici est que pour émettre une onde électromagnétique, nous avons bien sûr besoin d’une charge électrique se déplaçant assez rapidement. Nous devons créer un dispositif dans lequel il y aura une charge électrique se déplaçant très rapidement ou accélérée.
Heinrich Hertz, à l'aide de ses expériences, a prouvé que pour obtenir une onde électromagnétique puissante et bien perceptible, une charge électrique en mouvement doit osciller à une très haute fréquence, c'est-à-dire de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers de hertz. Il convient également de souligner que si une telle oscillation se produit au niveau de la charge, un champ électromagnétique alternatif sera généré autour d'elle et se propagera dans toutes les directions. Autrement dit, ce sera une onde électromagnétique.
Propriétés des ondes électromagnétiques
Il faut également noter le fait qu'une onde électromagnétique possède bien entendu certaines propriétés, et ces propriétés ont été précisément indiquées dans les travaux de Maxwell.
Il convient également de noter que les propriétés des ondes électromagnétiques présentent certaines différences et dépendent également beaucoup de leur longueur. Selon leurs propriétés et leur longueur d'onde, les ondes électromagnétiques sont divisées en plages. Leur échelle est plutôt arbitraire, puisque les plages adjacentes ont tendance à se chevaucher.
Il est également utile de savoir que certains domaines ont des propriétés communes. Ces propriétés comprennent :
Capacité de pénétration ;
vitesse de propagation élevée dans la matière ;
influence sur le corps humain, à la fois positive et négative, etc.
Les types d'ondes électromagnétiques comprennent les ondes radio, les gammes ultraviolettes et infrarouges, la lumière visible, ainsi que les rayons X, les rayonnements gamma et autres.
Examinons maintenant attentivement le tableau ci-dessous et étudions plus en détail comment les ondes électromagnétiques peuvent être classées, quels types de rayonnement il existe, les sources de rayonnement, ainsi que leur fréquence :
Faits intéressants sur les ondes électromagnétiques
Ce n’est probablement un secret pour personne que l’espace qui nous entoure est imprégné de rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement est associé non seulement aux antennes téléphoniques et radio, mais également aux corps qui nous entourent, à la Terre, au Soleil et aux étoiles. Selon la fréquence d'oscillation, les ondes électromagnétiques peuvent avoir des noms différents, mais leur essence est similaire. Ces ondes électromagnétiques comprennent les ondes radio, le rayonnement infrarouge, la lumière visible, les rayons X ainsi que les rayons du champ biologique.
Une source d'énergie aussi illimitée qu'un champ électromagnétique provoque des fluctuations dans les charges électriques des atomes et des molécules. Il s'ensuit que lorsqu'elle oscille, la charge se déplace avec accélération et émet en même temps des ondes électromagnétiques.
Impact des ondes électromagnétiques sur la santé humaine
Depuis de nombreuses années, les scientifiques s'intéressent au problème de l'influence des champs électromagnétiques sur la santé des humains, des animaux et des plantes et consacrent donc beaucoup de temps à la recherche et à l'étude de ce problème.
Probablement chacun de vous est allé en discothèque et a remarqué que sous l'influence des lampes ultraviolettes, les vêtements de couleur claire commençaient à briller. Ce type de rayonnement ne présente aucun danger pour les organismes vivants.
Mais lors de la visite d'un solarium ou de l'utilisation de lampes ultraviolettes à des fins médicales, il est nécessaire de porter une protection oculaire, car une telle exposition peut entraîner une perte de vision à court terme.
De plus, lorsque vous utilisez des lampes bactéricides à ultraviolets, utilisées pour désinfecter les locaux, vous devez être extrêmement prudent et lorsque vous les utilisez, vous devez quitter la pièce, car elles affectent négativement la peau humaine ainsi que les plantes, provoquant des brûlures de feuilles.
Mais en plus des sources de rayonnement et des divers appareils qui nous entourent, le corps humain possède également ses propres champs électriques et magnétiques. Mais il faut aussi savoir que dans le corps humain, tout au long de sa vie, les champs électromagnétiques ont tendance à changer constamment.
Pour déterminer le champ électromagnétique d'une personne, un appareil aussi précis qu'un encéphalographe est utilisé. Grâce à cet appareil, vous pouvez mesurer avec précision le champ électromagnétique d’une personne et déterminer son activité dans le cortex cérébral. Grâce à l'avènement d'un appareil tel qu'un encéphalographe, il est devenu possible de diagnostiquer diverses maladies même à un stade précoce.
De nombreux modèles de processus ondulatoires sont de nature universelle et sont également valables pour des ondes de nature différente : ondes mécaniques dans un milieu élastique, ondes à la surface de l'eau, dans une corde tendue, etc. Les ondes électromagnétiques, qui sont le processus de propagation de les oscillations d'un champ électromagnétique ne font pas exception. Mais contrairement à d'autres types d'ondes, dont la propagation se produit dans un milieu matériel, les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide : aucun milieu matériel n'est nécessaire pour la propagation des champs électriques et magnétiques. Cependant, les ondes électromagnétiques peuvent exister non seulement dans le vide, mais aussi dans la matière.
Prédiction des ondes électromagnétiques. L'existence des ondes électromagnétiques a été théoriquement prédite par Maxwell à la suite de l'analyse de son système d'équations proposé décrivant le champ électromagnétique. Maxwell a montré qu'un champ électromagnétique dans le vide peut exister en l'absence de sources - charges et courants. Un champ sans sources a la forme d'ondes se propageant à une vitesse finie de cm/s, dans lesquelles les vecteurs des champs électriques et magnétiques à chaque instant en chaque point de l'espace sont perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à la direction de propagation des ondes.
Les ondes électromagnétiques ont été découvertes et étudiées expérimentalement par Hertz seulement 10 ans après la mort de Maxwell.
Vibromasseur ouvert. Pour comprendre comment les ondes électromagnétiques peuvent être obtenues expérimentalement, considérons un circuit oscillant « ouvert » dans lequel les plaques du condensateur sont écartées (Fig. 176) et le champ électrique occupe donc une grande surface d'espace. À mesure que la distance entre les plaques augmente, la capacité C du condensateur diminue et, conformément à la formule de Thomson, la fréquence des oscillations naturelles augmente. Si vous remplacez également l'inducteur par un morceau de fil, l'inductance diminuera et la fréquence des oscillations naturelles augmentera encore plus. Dans ce cas, non seulement le champ électrique, mais aussi le champ magnétique, qui était auparavant contenu à l'intérieur de la bobine, occupera désormais une grande surface d'espace recouvrant ce fil.
Une augmentation de la fréquence des oscillations dans le circuit, ainsi qu'une augmentation de ses dimensions linéaires, conduisent au fait que la période naturelle
les oscillations deviennent comparables au temps de propagation du champ électromagnétique sur l'ensemble du circuit. Cela signifie que les processus d’oscillations électromagnétiques naturelles dans un tel circuit ouvert ne peuvent plus être considérés comme quasi-stationnaires.
Riz. 176. Transition d'un circuit oscillant à un vibrateur ouvert
L'intensité du courant à différents endroits en même temps est différente : aux extrémités du circuit, elle est toujours nulle, et au milieu (là où se trouvait la bobine auparavant), elle oscille avec une amplitude maximale.
Dans le cas limite, lorsque le circuit oscillatoire s'est simplement transformé en un morceau de fil droit, la répartition du courant le long du circuit à un moment donné est illustrée sur la figure. 177a. Au moment où l'intensité du courant dans un tel vibrateur est maximale, le champ magnétique qui l'entoure atteint également un maximum et il n'y a pas de champ électrique à proximité du vibrateur. Au bout d'un quart de période, l'intensité du courant passe à zéro, et avec elle le champ magnétique à proximité du vibrateur ; les charges électriques sont concentrées près des extrémités du vibrateur et leur répartition a la forme montrée sur la Fig. 1776. Le champ électrique à proximité du vibrateur est actuellement maximum.
Riz. 177. Répartition du courant le long d'un vibrateur ouvert au moment où il est maximum (a), et répartition des charges après un quart de la période (b)
Ces oscillations de charge et de courant, c'est-à-dire les oscillations électromagnétiques dans un vibrateur ouvert, sont assez similaires aux oscillations mécaniques qui peuvent se produire dans le ressort de l'oscillateur si le corps massif qui y est attaché est retiré. Dans ce cas, il faudra prendre en compte la masse des différentes parties du ressort et le considérer comme un système distribué dans lequel chaque élément possède à la fois des propriétés élastiques et inertes. Dans le cas d'un vibrateur électromagnétique ouvert, chacun de ses éléments possède également simultanément à la fois une inductance et une capacité.
Champs électriques et magnétiques du vibrateur. Le caractère non quasi stationnaire des oscillations dans un vibrateur ouvert conduit au fait que les champs créés par ses sections individuelles à une certaine distance du vibrateur ne se compensent plus, comme c'est le cas pour un circuit oscillant « fermé » avec paramètres groupés, où les oscillations sont quasi-stationnaires, le champ électrique est entièrement concentré à l'intérieur du condensateur et le champ magnétique est à l'intérieur de la bobine. En raison de cette séparation spatiale des champs électriques et magnétiques, ils ne sont pas directement liés les uns aux autres : leur transformation mutuelle est due uniquement au courant - le transfert de charge le long du circuit.
Dans un vibrateur ouvert, où les champs électriques et magnétiques se chevauchent dans l'espace, leur influence mutuelle se produit : un champ magnétique changeant génère un champ électrique vortex, et un champ électrique changeant génère un champ magnétique. De ce fait, l’existence de tels champs « auto-entretenus » se propageant dans l’espace libre à grande distance du vibrateur devient possible. Ce sont les ondes électromagnétiques émises par le vibrateur.
Les expériences de Hertz. Le vibrateur, à l'aide duquel G. Hertz a obtenu pour la première fois expérimentalement des ondes électromagnétiques en 1888, était un conducteur droit avec un petit entrefer au milieu (Fig. 178a). Grâce à cet écart, il a été possible de conférer des charges importantes aux deux moitiés du vibrateur. Lorsque la différence de potentiel atteignait une certaine valeur limite, une panne se produisait dans l'entrefer (une étincelle jaillissait) et des charges électriques traversaient l'air ionisé pouvaient circuler d'une moitié du vibrateur à l'autre. En circuit ouvert, des oscillations électromagnétiques se produisent. Pour garantir que les courants alternatifs rapides existent uniquement dans le vibrateur et ne sont pas court-circuités via la source d'alimentation, des selfs sont connectées entre le vibrateur et la source (voir Fig. 178a).
Riz. 178. Vibromasseur Hertz
Des vibrations à haute fréquence dans le vibrateur existent tant que l'étincelle comble l'espace entre ses moitiés. L'amortissement de telles oscillations dans un vibrateur se produit principalement non pas en raison de pertes de résistance Joule (comme dans un circuit oscillant fermé), mais en raison du rayonnement d'ondes électromagnétiques.
Pour détecter les ondes électromagnétiques, Hertz a utilisé un deuxième vibrateur (récepteur) (Fig. 1786). Sous l'influence d'un champ électrique alternatif d'une onde provenant de l'émetteur, les électrons du vibrateur récepteur effectuent des oscillations forcées, c'est-à-dire qu'un courant alternatif rapide est excité dans le vibrateur. Si les dimensions du vibrateur récepteur sont les mêmes que celles de celui émetteur, alors les fréquences des oscillations électromagnétiques naturelles qu'ils contiennent coïncident et les oscillations forcées dans le vibrateur récepteur atteignent une valeur notable en raison de la résonance. Hertz a détecté ces oscillations par le glissement d'une étincelle dans un espace microscopique au milieu du vibrateur récepteur ou par la lueur d'un tube à décharge miniature G connecté entre les moitiés du vibrateur.
Hertz a non seulement prouvé expérimentalement l'existence des ondes électromagnétiques, mais a pour la première fois commencé à étudier leurs propriétés - absorption et réfraction dans différents milieux, réflexion sur des surfaces métalliques, etc. qui s'est avérée égale à la vitesse de la lumière.
La coïncidence de la vitesse des ondes électromagnétiques avec la vitesse de la lumière mesurée bien avant leur découverte a servi de point de départ pour identifier la lumière avec les ondes électromagnétiques et créer la théorie électromagnétique de la lumière.
Une onde électromagnétique existe sans sources de champ dans le sens où après son émission, le champ électromagnétique de l'onde n'est plus associé à la source. C’est en quoi une onde électromagnétique diffère des champs électriques et magnétiques statiques, qui n’existent pas en dehors de la source.
Le mécanisme de rayonnement des ondes électromagnétiques. L'émission d'ondes électromagnétiques se produit avec le mouvement accéléré des charges électriques. Il est possible de comprendre comment le champ électrique transversal d'une onde naît du champ coulombien radial d'une charge ponctuelle en utilisant le raisonnement simple suivant proposé par J. Thomson.
Riz. 179. Champ d'une charge ponctuelle fixe
Considérons le champ électrique créé par une charge ponctuelle. Si la charge est au repos, alors son champ électrostatique est représenté par des lignes de force radiales émanant de la charge (Fig. 179). Supposons qu'à un moment donné la charge, sous l'influence d'une force externe, commence à se déplacer avec une accélération a, et après un certain temps l'action de cette force s'arrête, de sorte que la charge se déplace alors uniformément avec la vitesse. du mouvement de charge est illustré sur la Fig. 180.
Imaginons une image des lignes de champ électrique créées par cette charge après une longue période de temps. Puisque le champ électrique se propage à la vitesse de la lumière c,
alors la modification du champ électrique provoquée par le mouvement de la charge ne pourrait pas atteindre les points situés en dehors de la sphère de rayon : en dehors de cette sphère, le champ est le même qu'avec une charge stationnaire (fig. 181). La force de ce champ (dans le système d'unités gaussien) est égale à
L'ensemble du changement du champ électrique provoqué par le mouvement accéléré de la charge dans le temps à un instant donné est situé à l'intérieur d'une fine couche sphérique d'épaisseur dont le rayon extérieur est égal au rayon intérieur - ceci est illustré sur la Fig. 181. À l’intérieur d’une sphère de rayon, le champ électrique est le champ d’une charge se déplaçant uniformément.
Riz. 180. Graphique de vitesse de charge
Riz. 181. Lignes d'intensité du champ électrique d'une charge se déplaçant selon le graphique de la Fig. 180
Riz. 182. Pour dériver la formule de l'intensité du champ de rayonnement d'une charge en mouvement accéléré
Si la vitesse de la charge est bien inférieure à la vitesse de la lumière c, alors ce champ à l'instant coïncide avec le champ d'une charge ponctuelle stationnaire située à distance du début (Fig. 181) : le champ d'un une charge se déplaçant lentement à une vitesse constante se déplace avec elle, et la distance parcourue par la charge au fil du temps, comme le montre la Fig. 180, peut être considéré comme égal si g»t.
La configuration du champ électrique à l’intérieur de la couche sphérique est facile à trouver, en tenant compte de la continuité des lignes de champ. Pour ce faire, vous devez relier les lignes de force radiales correspondantes (Fig. 181). Causée par le mouvement accéléré de la charge, la courbure des lignes de force « s’éloigne » de la charge à une vitesse c. Des plis dans les lignes électriques entre
sphères, c'est le champ de rayonnement qui nous intéresse, se propageant à la vitesse c.
Pour trouver le champ de rayonnement, considérons l'une des lignes d'intensité qui forme un certain angle avec la direction du mouvement de la charge (Fig. 182). Décomposons le vecteur intensité du champ électrique à la coupure E en deux composantes : radiale et transversale. La composante radiale est l'intensité du champ électrostatique créé par la charge à distance de celle-ci :
La composante transversale est l'intensité du champ électrique dans l'onde émise par la charge lors d'un mouvement accéléré. Puisque cette onde se déplace selon un rayon, le vecteur est perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde. De la fig. 182, il est clair que
En substituant ici à partir de (2), nous trouvons
Considérant qu'un rapport est l'accélération a avec laquelle la charge s'est déplacée pendant l'intervalle de temps de 0 à on réécrit cette expression sous la forme
Tout d'abord, prêtons attention au fait que l'intensité du champ électrique d'une onde diminue de manière inversement proportionnelle à la distance du centre, contrairement à l'intensité du champ électrostatique qui est proportionnelle à une dépendance à la distance comme on pourrait s'y attendre. si l'on prend en compte la loi de conservation de l'énergie. Puisqu’aucune absorption d’énergie ne se produit lorsqu’une onde se propage dans le vide, la quantité d’énergie traversant une sphère de n’importe quel rayon est la même. Puisque la surface d'une sphère est proportionnelle au carré de son rayon, le flux d'énergie à travers une unité de sa surface doit être inversement proportionnel au carré du rayon. Considérant que la densité d'énergie du champ électrique de l'onde est égale, nous arrivons à la conclusion que
Ensuite, nous notons que l'intensité du champ de l'onde dans la formule (4) à l'instant dépend de l'accélération de la charge, et à l'instant l'onde émise à l'instant atteint un point situé à une distance après un temps égal à
Rayonnement d'une charge oscillante. Supposons maintenant que la charge se déplace constamment le long d'une ligne droite avec une accélération variable près de l'origine des coordonnées, par exemple, elle effectue des oscillations harmoniques. Il émettra alors des ondes électromagnétiques en continu. L'intensité du champ électrique de l'onde en un point situé à distance de l'origine des coordonnées est toujours déterminée par la formule (4), et le champ à l'instant dépend de l'accélération de la charge a à un instant antérieur
Soit le mouvement de la charge une oscillation harmonique proche de l'origine des coordonnées avec une certaine amplitude A et fréquence co :
L'accélération de la charge lors d'un tel mouvement est donnée par l'expression
En substituant l'accélération de charge dans la formule (5), nous obtenons
Le changement du champ électrique à tout moment lors du passage d'une telle onde représente une oscillation harmonique avec une fréquence, c'est-à-dire qu'une charge oscillante émet une onde monochromatique. Bien entendu, la formule (8) est valable à des distances grandes par rapport à l'amplitude des oscillations de la charge A.
Énergie des ondes électromagnétiques. La densité d'énergie du champ électrique d'une onde monochromatique émise par une charge peut être trouvée à l'aide de la formule (8) :
La densité d'énergie est proportionnelle au carré de l'amplitude des oscillations de charge et à la puissance quatrième de la fréquence.
Toute fluctuation est associée à des transitions périodiques d'énergie d'un type à un autre et inversement. Par exemple, les oscillations d'un oscillateur mécanique s'accompagnent de transformations mutuelles de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle de déformation élastique. En étudiant les oscillations électromagnétiques dans un circuit, nous avons vu que l'analogue de l'énergie potentielle d'un oscillateur mécanique est l'énergie du champ électrique dans un condensateur, et l'analogue de l'énergie cinétique est l'énergie du champ magnétique de la bobine. Cette analogie est valable non seulement pour les oscillations localisées, mais également pour les processus ondulatoires.
Dans une onde monochromatique se déplaçant dans un milieu élastique, les densités d'énergie cinétique et potentielle en chaque point subissent une oscillation harmonique de fréquence double, et de telle sorte que leurs valeurs coïncident à tout moment. Il en va de même dans une onde électromagnétique monochromatique progressive : les densités d'énergie des champs électriques et magnétiques effectuent une oscillation harmonique avec une fréquence égale l'une à l'autre en chaque point à tout moment.
La densité d'énergie du champ magnétique est exprimée en termes d'induction B comme suit :
En égalisant les densités d'énergie des champs électriques et magnétiques dans une onde électromagnétique progressive, nous sommes convaincus que l'induction du champ magnétique dans une telle onde dépend des coordonnées et du temps de la même manière que l'intensité du champ électrique. En d’autres termes, dans une onde progressive, l’induction du champ magnétique et l’intensité du champ électrique sont égales l’une à l’autre en tout point et à tout moment (dans le système d’unités gaussien) :
Flux d'énergie des ondes électromagnétiques. La densité énergétique totale du champ électromagnétique dans une onde progressive est le double de la densité énergétique du champ électrique (9). La densité de flux d'énergie y transportée par l'onde est égale au produit de la densité d'énergie et de la vitesse de propagation de l'onde. En utilisant la formule (9), vous pouvez voir que le flux d'énergie à travers n'importe quelle surface oscille avec la fréquence. Pour trouver la valeur moyenne de la densité de flux d'énergie, il est nécessaire de faire la moyenne de l'expression (9) au fil du temps. Puisque la valeur moyenne est de 1/2, alors pour on obtient
Riz. 183. Distribution angulaire de l'énergie émise par une charge oscillante
La densité de flux d'énergie dans une onde dépend de la direction : dans la direction dans laquelle la charge oscille, l'énergie n'est pas du tout émise. La plus grande quantité d'énergie est émise dans un plan perpendiculaire à cette direction. par une charge oscillante est montré sur la Fig. 183. La charge oscille le long de l'axe A partir de l'origine des coordonnées, sont tracés des segments dont la longueur est proportionnelle au rayonnement émis dans un temps donné.
direction de l'énergie, c'est-à-dire Le diagramme montre une ligne reliant les extrémités de ces segments.
La distribution de l'énergie dans les directions de l'espace est caractérisée par une surface obtenue en faisant tourner le diagramme autour de l'axe
Polarisation des ondes électromagnétiques. L'onde générée par un vibrateur lors des vibrations harmoniques est dite monochromatique. Une onde monochromatique est caractérisée par une certaine fréquence с et une certaine longueur d'onde X. La longueur d'onde et la fréquence sont liées par la vitesse de propagation de l'onde avec :
Une onde électromagnétique dans le vide est transversale : le vecteur de l'intensité du champ électromagnétique de l'onde, comme le montrent les arguments ci-dessus, est perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde. Passons par le point d'observation P de la Fig. 184 sphère avec un centre à l'origine des coordonnées, autour de laquelle la charge rayonnante oscille le long de l'axe. Traçons dessus des parallèles et des méridiens. Ensuite, le vecteur E du champ d'ondes sera dirigé tangentiellement au méridien, et le vecteur B est perpendiculaire au vecteur E et dirigé tangentiellement au parallèle.
Pour vérifier cela, examinons plus en détail la relation entre les champs électriques et magnétiques dans une onde progressive. Ces champs, une fois l'onde émise, ne sont plus associés à la source. Lorsque le champ électrique d'une onde change, un champ magnétique apparaît dont les lignes de champ, comme nous l'avons vu lors de l'étude du courant de déplacement, sont perpendiculaires aux lignes de champ électrique. Ce champ magnétique alternatif, en changeant, conduit à son tour à l'apparition d'un champ électrique vortex, perpendiculaire au champ magnétique qui l'a généré. Ainsi, au fur et à mesure que l’onde se propage, les champs électrique et magnétique se soutiennent mutuellement, restant à tout moment mutuellement perpendiculaires. Étant donné que dans une onde progressive, le changement des champs électriques et magnétiques se produit en phase les uns avec les autres, le « portrait » instantané de l'onde (vecteurs E et B en différents points de la ligne le long de la direction de propagation) a la forme montrée sur la Fig. . 185. Une telle onde est dite polarisée linéairement. Une charge effectuant une oscillation harmonique émet des ondes polarisées linéairement dans toutes les directions. Dans une onde polarisée linéairement se déplaçant dans n’importe quelle direction, le vecteur E est toujours dans le même plan.
Puisque les charges dans un vibrateur électromagnétique linéaire subissent précisément ce mouvement d’oscillation, l’onde électromagnétique émise par le vibrateur est polarisée linéairement. Ceci est facile à vérifier expérimentalement en changeant l’orientation du vibrateur récepteur par rapport à celui émetteur.
Riz. 185. Champs électriques et magnétiques dans une onde progressive polarisée linéairement
Le signal est plus fort lorsque le vibrateur récepteur est parallèle à celui émetteur (voir Fig. 178). Si le vibrateur récepteur est tourné perpendiculairement à celui émetteur, le signal disparaît. Les vibrations électriques dans le vibrateur récepteur ne peuvent apparaître qu'en raison de la composante de champ électrique de l'onde dirigée le long du vibrateur. Par conséquent, une telle expérience indique que le champ électrique dans l’onde est parallèle au vibrateur rayonnant.
D'autres types de polarisation des ondes électromagnétiques transversales sont également possibles. Si, par exemple, le vecteur E à un certain point lors du passage d'une onde tourne uniformément autour de la direction de propagation, en restant inchangé en amplitude, alors l'onde est appelée polarisée circulairement ou polarisée en cercle. Un « portrait » instantané du champ électrique d’une telle onde électromagnétique est présenté sur la Fig. 186.
Riz. 186. Champ électrique dans une onde progressive polarisée circulairement
Une onde polarisée circulairement peut être obtenue en ajoutant deux ondes polarisées linéairement de même fréquence et amplitude se propageant dans la même direction, dans laquelle les vecteurs de champ électrique sont mutuellement perpendiculaires. Dans chaque onde, le vecteur champ électrique en chaque point subit une oscillation harmonique. Pour que l'addition de telles oscillations mutuellement perpendiculaires entraîne une rotation du vecteur résultant, un déphasage est nécessaire. En d'autres termes, l'addition d'ondes polarisées linéairement doit être décalée d'un quart de la longueur d'onde les unes par rapport aux autres.
Impulsion des vagues et pression légère. Outre l’énergie, une onde électromagnétique possède également une impulsion. Si une onde est absorbée, son élan est transféré à l'objet qui l'absorbe. Il s’ensuit que lorsqu’elle est absorbée, l’onde électromagnétique exerce une pression sur la barrière. L’origine de la pression des vagues et l’ampleur de cette pression peuvent s’expliquer comme suit.
Dirigé en une ligne droite. Alors la puissance P absorbée par la charge est égale à
Nous supposerons que toute l’énergie de l’onde incidente est absorbée par la barrière. Puisqu'une onde apporte de l'énergie par unité de surface d'un obstacle par unité de temps, la pression exercée par l'onde lors d'une incidence normale est égale à la densité d'énergie de l'onde. La force de pression de l'onde électromagnétique absorbée est transmise à l'obstacle par. unité de temps une impulsion égale, selon la formule (15), à l'énergie absorbée divisée par la vitesse de la lumière c . Cela signifie que l’onde électromagnétique absorbée avait une impulsion égale à l’énergie divisée par la vitesse de la lumière.
Pour la première fois, la pression des ondes électromagnétiques a été découverte expérimentalement par P. N. Lebedev en 1900 dans le cadre d'expériences extrêmement subtiles.
En quoi les oscillations électromagnétiques quasi-stationnaires dans un circuit oscillatoire fermé diffèrent-elles des oscillations haute fréquence dans un vibrateur ouvert ? Donnez une analogie mécanique.
Expliquer pourquoi les ondes électromagnétiques ne sont pas émises lors d'oscillations électromagnétiques quasi-stationnaires dans un circuit fermé. Pourquoi un rayonnement se produit-il lors des oscillations électromagnétiques dans un vibrateur ouvert ?
Décrire et expliquer les expériences de Hertz sur l'excitation et la détection des ondes électromagnétiques. Quel rôle joue l'éclateur dans les vibrateurs émetteurs et récepteurs ?
Expliquez comment, avec le mouvement accéléré d'une charge électrique, le champ électrostatique longitudinal se transforme en champ électrique transversal de l'onde électromagnétique émise par celle-ci.
En se basant sur des considérations énergétiques, montrer que l'intensité du champ électrique d'une onde sphérique émise par un vibrateur diminue comme 1 1r (contrairement à un champ électrostatique).
Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique monochromatique ? Qu'est-ce que la longueur d'onde ? Quel est le rapport avec la fréquence ? Quelle est la propriété des ondes électromagnétiques transversales ?
Comment s’appelle la polarisation d’une onde électromagnétique ? Quels types de polarisation connaissez-vous ?
Quels arguments pouvez-vous avancer pour justifier le fait qu’une onde électromagnétique ait une impulsion ?
Expliquer le rôle de la force de Lorentz dans l'apparition de la force de pression d'une onde électromagnétique sur un obstacle.
