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Séance de cours

Ondes électromagnétiques: équations et transport d'énergie

Dans cours

PHYS-201(d): General physics: electromagnetism

The topics covered by the course are concepts of electromagnetism, properties of waves, and fluid mechanics. ...

Description

Cette séance de cours couvre la description des ondes électromagnétiques, y compris les équations des ondes dérivées par Maxwell, le spectre électromagnétique, et la propagation des perturbations électriques et magnétiques transversales à la vitesse de la lumière. Il explique également la représentation mathématique des ondes planes en 3D, le vecteur de Poynting pour le transport d'énergie, et la pression de rayonnement. Le spectre électromagnétique, couvrant plus de 15 ordres de grandeur, est discuté en détail. De plus, la conservation de l'énergie pertinente aux ondes électromagnétiques et l'intensité des ondes à travers le vecteur de Poynting moyenné dans le temps sont explorées. La séance de cours se termine par l'élan des ondes électromagnétiques et le concept de pression de rayonnement pour le transfert de l'élan pendant l'absorption et la réflexion.

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Enseignant·e

Dirk Grundler

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Concepts associés (32)

Rayonnement électromagnétique

thumb|Répartition du rayonnement électromagnétique par longueur d'onde. Le rayonnement électromagnétique est une forme de transfert d'énergie linéaire. La lumière visible est un rayonnement électromagnétique, mais ne constitue qu'une petite tranche du large spectre électromagnétique. La propagation de ce rayonnement, d'une ou plusieurs particules, donne lieu à de nombreux phénomènes comme l'atténuation, l'absorption, la diffraction et la réfraction, le décalage vers le rouge, les interférences, les échos, les parasites électromagnétiques et les effets biologiques.

Onde

vignette|Propagation d'une onde. Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales du milieu. Elle se déplace avec une vitesse déterminée qui dépend des caractéristiques du milieu de propagation. vignette|Une vague s'écrasant sur le rivage. Il existe trois principaux types d'ondes : les ondes mécaniques se propagent à travers une matière physique dont la substance se déforme. Les forces de restauration inversent alors la déformation.

Spectre électromagnétique

vignette|redresse=1.5|Diagramme montrant le spectre électromagnétique dans lequel se distinguent plusieurs domaines spectraux en fonction des longueurs d'onde (avec des exemples de tailles), les fréquences correspondantes, et les températures du corps noir dont l'émission est maximum à ces longueurs d'onde. Le spectre électromagnétique est le classement des rayonnements électromagnétiques par fréquence et longueur d'onde dans le vide ou énergie photonique. Le spectre électromagnétique s'étend sans rupture de zéro à l'infini.

Vecteur de Poynting

En physique, le vecteur de Poynting est la densité de flux liée à la propagation de l'onde électromagnétique. Sa direction est la direction de propagation. On le note , , ou . Le flux du vecteur de Poynting à travers une surface (fermée ou non) est égal à la puissance véhiculée par l'onde à travers cette surface. Le module de ce vecteur est donc une puissance par unité de surface, c'est-à-dire une densité de flux d'énergie ; il est homogène à un éclairement énergétique et à une exitance énergétique ; et, dans le Système international (SI) d'unités, il s'exprime en watts par mètre carré.

Onde plane

L'onde plane est un concept issu de la physique de la propagation des ondes. C'est une onde dont les fronts d'onde sont des plans infinis, tous perpendiculaires à une même direction de propagation désignée par le vecteur . En prenant par exemple dans la direction z, alors cette onde ne dépend pas des coordonnées x et y : Ainsi, la grandeur mesurée dépend uniquement du temps et d'une seule variable d'espace en coordonnées cartésiennes mais elle ne dépend pas du point considéré dans un plan (P) quelconque orthogonal à la direction de propagation.

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