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Les ondes électromagnétiques : définition et propriétés

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Objectifs : Les ondes hertziennes, utilisées pour les transmissions d'informations, sont des ondes électromagnétiques.
Comment définit-on une onde électromagnétique et quelles sont ses propriétés ?
1. Définition
Une onde électromagnétique est la résultante d’un champ électrique et d’un champ magnétique dont les amplitudes varient de façon sinusoïdale au cours du temps. L'amplitude d'une onde électromagnétique varie donc de façon sinusoïdale au cours de sa propagation.
Une onde électromagnétique peut être produite par un courant électrique variable.
Les ondes électromagnétiques transportent de l’énergie , mais pas de matière.

Exemples d'ondes électromagnétiques :
- la lumière visible ;
- les rayons X ;
- les ondes hertziennes.
2. Caractéristiques
a. Fréquence et période

Rappels
• La période est la durée séparant deux motifs élémentaires qui se reproduisent au cours du temps.
• La fréquence est le nombre de motifs élémentaires identiques par seconde.

La période T (unité : seconde) ou la fréquence f ou (unité : hertz ; symbole : Hz) caractérise une onde électromagnétique, avec :

f = 1 / T     ou     T = 1 / f 

Ces grandeurs sont invariables quelles que soient les conditions de propagation.

Remarque : la fréquence f se note aussi  (nu).
b. Célérité

Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide à la vitesse : = 3 . 108 m . s-1 (vitesse de la lumière dans le vide).
On prend la même valeur pour la propagation dans l'air.

Dans les fibres optiques (utilisées en téléphonie), les ondes électromagnétiques se propagent sensiblement à la même vitesse que dans l’air.
Dans certains milieux, comme les métaux, les ondes électromagnétiques ne se propagent pas. On dit que ces milieux sont opaques.

c. Longueur d’onde

La longueur d'onde λ est la distance parcourue par l'onde pendant une période T à la vitesse v (vitesse de propagation dans le milieu considéré) :

λ = v T = v / f .

 Dans le vide :

λc Tc / f .

La longueur d'onde dépend des conditions de propagation, ce n'est donc pas une longueur caractéristique.

3. Les gammes des ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques sont classées en fonction de leurs longueurs d’onde dans le vide ou de leurs fréquences (doc. 1).

Doc. 1. Domaine des ondes électromagnétiques selon leur longueur d’onde dans le vide. 

 
Doc. 2. Spectre électromagnétique.

L’essentiel 

La lumière est une onde électromagnétique.

Les ondes électromagnétiques se propagent  dans des milieux matériels ou non matériels.

Elles sont caractérisées par leur période ou leur fréquence f. Leur longueur d’onde, en revanche, dépend des conditions de propagation (vitesse de propagation).

On peut classer les ondes électromagnétiques en différents domaines selon leurs fréquences (ou longueur d’onde dans le vide). En particulier, on peut retenir ces domaines dans l’ordre croissant de leurs longueurs d’ondes :

Rayons gamma - Rayons X –  UltravioletLumière VisibleInfrarougeOndes hertziennes (qui comprennent les micro-ondes et les ondes radio).

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