Ondes électromagnétiques
Les équations de Maxwell prédisent des ondes auto-entretenues de champs électriques et magnétiques qui se propagent à la vitesse de la lumière et couvrent l'ensemble du spectre électromagnétique.
Definition
Les ondes électromagnétiques sont des oscillations couplées de champs électriques et magnétiques, transversales et en phase dans le vide, qui satisfont l'équation d'onde dérivée des équations de Maxwell et transportent de l'énergie et de la quantité de mouvement à la vitesse de la lumière à travers l'espace ou les milieux.
Scope
Ce domaine couvre les solutions ondulatoires des équations de Maxwell : les ondes planes et autres ondes électromagnétiques dans le vide et dans les milieux, la polarisation, le transport d'énergie et de quantité de mouvement par les ondes, la réflexion et la réfraction aux interfaces, la dispersion et l'absorption, ainsi que la propagation guidée dans les guides d'ondes et les lignes de transmission. Il traite l'ensemble du spectre électromagnétique comme un phénomène unique, tandis que l'émission de rayonnement par les sources est abordée dans le domaine du rayonnement et des antennes.
Sub-topics
Core questions
- Comment les équations de Maxwell donnent-elles naissance aux ondes se propageant ?
- Comment les ondes sont-elles polarisées et comment transportent-elles l'énergie ?
- Comment les ondes se comportent-elles aux frontières et dans les milieux dispersifs ?
- Comment les ondes électromagnétiques sont-elles guidées dans les structures ?
Key concepts
- équation d'onde
- onde plane
- polarisation
- spectre électromagnétique
- vitesse de phase et de groupe
- réflexion et réfraction
- dispersion
- guide d'ondes
Key theories
- Équation d'onde électromagnétique
- La combinaison des équations de Maxwell sous forme rotationnelle (curl) donne une équation d'onde pour les champs, avec une vitesse de propagation déterminée par les constantes électriques et magnétiques, égale à la vitesse de la lumière et identifiant la lumière comme une onde électromagnétique.
- Ondes planes transversales polarisées
- Dans l'espace libre, les champs électrique et magnétique d'une onde plane sont mutuellement perpendiculaires et perpendiculaires à la direction de propagation, l'orientation du champ électrique définissant la polarisation.
- Existence des ondes électromagnétiques (Hertz)
- Hertz a généré et détecté des ondes électromagnétiques en laboratoire, confirmant la prédiction de Maxwell et démontrant la réflexion, la réfraction et la polarisation, de manière analogue à la lumière.
Clinical relevance
Les ondes électromagnétiques sont à la base des communications radio et sans fil, du radar, de l'optique fibrée et en espace libre, des systèmes à micro-ondes et ondes millimétriques, et de l'imagerie à travers le spectre, des ondes radio aux rayons X, en médecine et dans l'industrie.
History
Maxwell a prédit les ondes électromagnétiques dans les années 1860 et a identifié la lumière comme l'une de ces ondes. Hertz a confirmé leur existence expérimentalement en 1887-1888, et le développement rapide de la radio par Marconi et d'autres, ainsi que la tradition optique de Fresnel, ont établi l'unité du spectre électromagnétique.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Heinrich Hertz
- Augustin-Jean Fresnel
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- born1999
- hertz1893
Frequently asked questions
- Pourquoi les ondes électromagnétiques se propagent-elles à la vitesse de la lumière ?
- L'équation d'onde dérivée des équations de Maxwell a une vitesse de propagation fixée par la permittivité et la perméabilité du milieu ; dans le vide, cette vitesse est égale à la vitesse mesurée de la lumière, montrant que la lumière est une onde électromagnétique.
- Les ondes radio et la lumière visible sont-elles de même nature ?
- Oui ; ce sont toutes des ondes électromagnétiques ne différant que par leur fréquence et leur longueur d'onde, formant ensemble le spectre électromagnétique, des ondes radio aux rayons gamma, en passant par les micro-ondes, l'infrarouge, la lumière visible, l'ultraviolet et les rayons X.