structure onde electromagnetique et propagation

propagation des ondes electromagnetiques raphaël gillard, janvier 2005 1 chapitre 1 : les equations de l’electromagnetisme i introduction

Cours de propagation de ondes - Université Grenoble Alpes

Décrire et comprendre la propagation des ondes et plus particulièrement la propagation des ondes électromagnétiques On s’intéressera à la propagation dans différents milieux : vide, plasma, diélectrique, métal Les questions posées: Est-ce que une onde électromagnétique peut se propager dans plasma, diélectrique, métaux?

171 Compétences du chapitre

332 PROPAGATION DES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES Pour une onde plane, les surfaces d’onde sont des plans perpendiculairesà la direction de propagation 17 4 3 Onde plane progressive 17 4 3 1 Description Une onde plane peut être considérée comme la superposition de deux ondes planes se propageant dans la même direction, mais en sens opposés

III Propagation d’ondes électromagnétiques

III C – Propagation des ondes électromagnétiques dans l’ionosphère III C 1 BEex (plasma non relativiste)=< II C 2 Le PFD appliqué à un électron du plasma s’écrit : meEimvviE De même : = oùg : jnevnev i E E 1 III C 3 En notation réelle En moyenne, la puissance cédée par l’onde aux électrons libres est par unité de

COURS DE PROPAGATION DES ONDES - High-Tech

- Electromagnétiques qui sont des ondes caractérisées par les champs électrique et magnétique Si les ondes mécaniques ont besoins d’un milieu matériel pour se propager, les ondes électromagnétiques se propagent même dans le vide Quelles soient de nature mécanique ou électromagnétique la propagation des ondes est

structure onde electromagnetique et propagation

des ondes de même fréquence et présentant un déphasage constant Ce sont des ondes cohérentes qui sont émises par des sources cohérentes 2 3 2 Interférences constructives et destructives Les interférences sont constructives en tout point où les ondes qui interfèrent sont en phase

Chapitre 7 : Propagation de la lumière

Les ondes életomagnéti ues se popagent dans l’ai pati uement à la même vitesse que dans le vide ; Dans les autres milieux matériels, la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques est inférieure à c ; Dans un milieu homogène et transparent, une onde électromagnétique se propage en ligne droite

Résoudre les équations de propagation

7 Ondes électromagnétiques dans un milieu 8 Ondes électromagnétiques dans un conducteur 9 Ondes électromagnétiques dans un isolant 10 Réflexion et transmission entre deux milieux 11 Réflexion sur un conducteur parfait 12 Propagation par guide d’onde

PHENOMENES DE PROPAGATION

1. Structure d'une onde électromagnétique

La lumière présente un double aspect : corpusculaire (formée de particules, les

photons) et ondulatoire (la lumière est décrite comme une onde électromagnétique). Dans ce

chapitre on s'intéresse à l'aspect ondulatoire de la lumière.

1.1 Caractéristiques d'une onde électromagnétique

Les grandeurs physiques associées à une onde électromagnétique sont : la période T (s) la fréquence f (Hz) la longueur d'onde l (m) la célérité c (m.s-1) Ces grandeurs sont reliées par les relations suivantes : fcTc=´=l Les ondes électromagnétiques se propage dans le vide ou dans l'air avec une célérité c = 3

´108 m.s-1.

1.2 Structure

Une onde électromagnétique est composée d'un champ électrique et d'un champ magnétique. Le champ électrique se note Er et se mesure en volt par mètre (V.m-1) et le champ magnétique se note

Br et se mesure en tesla (T)

Les deux champs sont :

sont périodiques dans le temps et dans l'espace sont perpendiculaires l'un à l'autre et à la direction de propagation ont des amplitudes en rapport constant (cB E=) ont la même fréquence et la même longueur d'onde

1.3 Intervalle spectral

Selon le domaine de fréquence ou de longueur d'onde qui lui correspond, une onde électromagnétique prend le nom d'onde radio, de lumière, de rayons X ...

2. Description des phénomènes de propagation

2.1 Réflexion, réfraction

Lorsqu'un rayon lumineux (onde incidente) arrive sur un dioptre plan (surface de séparation entre deux milieux d'indices optiques différents n

1 et n2), deux ondes lumineuses

sont générées au niveau de l'interface : - une onde réfractée qui se propage dans le deuxième milieu - une onde réfléchie qui se propage dans le premier milieu a) 1ère loi de Descartes Le rayon incident et la normale définissent le plan d'incidence, dans lequel se trouvent les directions des rayons réfléchi et réfracté. b) 2

ème loi de Descartes : loi de la réflexion

L'angle que fait la direction du rayon réfléchi avec la normale est égal à l'angle d'incidence : r = i 1 c) 3

ème loi de Descartes : loi de la réfraction

L'angle d'incidence i

1 et l'angle de réfraction i2 vérifient la relation :

1sini1 = n2sini2

• cas où n

2 > n1

Le rayon réfracté existe quel que soit l'angle d'incidence i

1. Le rayon

réfracté se rapproche de la normale. normale • cas où n2 < n1

Deux situations peuvent se présenter :

- │n normale. - │n

1sini1│≥ n2 il n'existe pas de rayon réfracté, on parle de réflexion

totale. C'est le principe de la fibre optique où la lumière est guidée à l'intérieur de la fibre

par une succession de réflexions totales.

2.2 Diffraction

Lorsqu'on éclaire une fente ou un obstacle fin avec une lumière monochromatique,

une partie de cette lumière atteint une zone qui aurait dû être dans l'ombre. C'est le

phénomène de diffraction. L'alternance de zones lumineuses et de zones sombres est appelée figure de diffraction.

Figure de diffraction d'une fente fine

Figure de diffraction par un trou carré

L'importance du phénomène de diffraction est liée au rapport de la longueur d'onde λ aux dimensions a de l'ouverture ou de l'obstacle. L'angle θ, appelé " demi-angle de

diffraction » ou " écart angulaire » est défini à partir de la tâche centrale, la plus lumineuse,

et de la première extinction. Cet angle θ est donné par la relation : a lq= (θ est exprimé en radian, λ et a s'expriment avec la même unité) En pratique, la distance D séparant la fente de l'écran est très grande par rapport à la longueur

L de la tache centrale. On a alors :

D L

2tan==qq

1ère extinction

Tâche centrale

2.3 Interférences

2.3.1 Observation d'interférence en lumière monochromatique

Une fente éclairée en lumière monochromatique permet d'obtenir une figure de diffraction. Lorsqu'on éclaire deux fentes proches et parallèles (fentes d'Young)

avec de la lumière monochromatique, on observe une figure de diffraction striée d'une

alternance de bandes noires et lumineuses appelées " franges d'interférences » Deux ondes de même fréquence qui se superposent peuvent interférer. On observe alors des franges d'interférences. Une figure d'interférence stable s'obtient avec

des ondes de même fréquence et présentant un déphasage constant. Ce sont des ondes

cohérentes qui sont émises par des sources cohérentes.

2.3.2 Interférences constructives et destructives

Les interférences sont constructives en tout point où les ondes qui interfèrent sont en phase. Les interférences sont destructives en tout point où les ondes qui interfèrent sont en opposition de phase.

2.3.3 Différence de marche

Le déphasage observé au point P est lié à la différence de marche δ de ces ondes. Dans le cas particulier des interférences obtenues par des fentes d'Young la différence de marche s'écrit : δ = S2P - S1P On observe des interférences constructives quand δ = k×λ On observe des interférences constructives quand δ = (k+2

1)×λ

k est un nombre entier positif ou négatif appelé ordre d'interférences.

2.3.4 Interfrange

Lors d'interférences lumineuses, l'interfrange, noté i, est la distance séparant deux franges brillantes ou deux franges sombres consécutives. Dans le cas des fentes d'Young éclairées en lumière monochromatique de longueur d'onde λ, l'interfrange i s'exprime par : b Di´=l où b est la distance séparant les deux fentes et D la distance entre le système de fentes et l'écran. La mesure de l'interfrange permet de déterminer expérimentalement la longueur d'onde de la lumière monochromatique.quotesdbs_dbs19.pdfusesText_25

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