La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

LOnde Électromagnétique Fondements émission propagation interaction Armel Boutard.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "LOnde Électromagnétique Fondements émission propagation interaction Armel Boutard."— Transcription de la présentation:

1 LOnde Électromagnétique Fondements émission propagation interaction Armel Boutard

2 Lémission dune onde électromagnétique (1) Une onde électromagnétique est générée par une charge (ou distribution de charges) en mouvement non uniforme vitesse (v) variable et donc accélération (a) non nulle a 0) Une charge fixe (v =0) génère un champ électrique, constant en un point, mais décroissant avec la distance ( 1/d²) Une charge en mouvement uniforme (v = cst) engendre un champ électrique et un champ magnétique, constants en un point, mais décroissant avec la distance ( 1/d²)

3 Lémission dune onde électromagnétique (2) La matière, globalement neutre, est formée dagrégats datomes qui peuvent être groupées en molécules ou distribués sous forme de réseaux de cohésion plus ou moins forte. Dans les étoiles, où règent les hautes tempétatures, la matière est sous la forme de plasma (particules chargées) La matière est donc pleine de charges, électrons négatifs plus ou moins libres, noyaux positifs; la stabilité des ensembles est le résultat de divers équilibres évolutifs, tout étant sous linfluence de la force électromagnétique.. La force qui régit la stabilité de la matière sous toute ses formes et tous les processus biochimiques du vivant. La matière un ensemble de charges

4 Lémission dune onde électromagnétique (3) Tout système physique est naturellement agité avec une énergie E :E T, ou T est la température du système Conclusion: tout système physique émet une onde électromagnétique agitation v 0 a 0

5 Les émetteurs naturels (1) Espace: T varie de 3K pour les nuages galactiques les plus froids (le rayonnement fossile du Big Bang est à 2,73K) à plus de K pour le cœur des étoiles les plus chaudes (super géante rouge). Lespace est un émetteur dondes dans tout le spectre électromagnétique.

6 Les émetteurs naturels (2) atome radiations Énergie du photon visible qques eV ultraviolet diz-cent. eV rayons Xcent. milliers eV molécule infrarouge< eV chaleur spectroscopie IR lumière usages diagnostic et traitements noyau rayons gamma ( ) qques MeV diagnostic et traitements Attention danger transition détat dans un système physique

7 Le spectre électromagnétique, longueur donde croissante Énergie (température dagitation) croissante 2,7 K, rayonnement fossile de lunivers 6000 K, la corolle du Soleil K, le cœur du Soleil

8 Les émetteurs anthropiques

9 La propagation Londe électromagnétique est caractérisée par une fréquence (ν), une longueur donde ( ), une vitesse de propagation ou célérité (la vitesse de la lumière c), telle que: = c / ν, on y associe une période T =1/ν féquence ν (lettre grec «nu», f en électricité) La fréquence est la valeur fondamentale, c et sont modifiées par la nature du milieu de propagation Dans le vide c km/s ( m/s)

10 Londe électromagnétique Variations temporelles et spatiales des champs magnétique et électrique dune onde électromagnétique Énergie associée I E², B² Moitiée pour chaque composante

11 La variation de lindice optique (n) avec le milieu et la fréquence n = c 0 /c Les ondes électromagnétiques ont la même vitesse de propagation (célérité) c 0 dans le vide. Cela nest plus vrai dans les milieux de propagation matériels où elle varie : avec la nature du milieu avec la fréquence (faiblement) Les célérités différentes engendrent la dispersion des ondes réfractées.

12 La variation faible de lindice de réfraction optique (n) avec la fréquence n = c 0 /c n (μm) visible 0,40,8 1, , , ,00032

13 La variation importante de lindice de réfraction optique (n) avec le milieu n = c 0 /c milieuxindice n air eau verre 1,0003 1,3 1,5 à 1,8 Dans le cadre du formalisme de la physique contemporaine, aucun mobile de masse m ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide c 0 (ni même lapprocher en réalité) Est-il cependany possible pour une particule nucléaire de faible masse, dêtre émise dans leau par exemple à une vitesse, inférieure à c 0, mais supérieure à celle de la lumière dans ce milieu ( c~ km/s)? La réponse est oui.. Cest leffet Cerenkov, du nom de son découvreur

14 Leffet Cerenkov Réacteur de linstitut Laué- Langevin Toute particule chargée interagit avec le mileiu de propagation. Elle perturbe la polarisation des couches électroniques des atomes rencontrés. Pour v c 1, cet effet est constructif, un front donde cohérent apparaît sous la forme dun cône de lumière bleue-violacée dans la cas de leau

15 Dualité onde - matière La propagation de londe électromagnétique obéit au formalisme de la mécanique ondulatoire (propriétés dune onde) Linteraction avec la matière obéit au formalisme de la mécanique quantique, énergie associée à un photon (quanta dénergie) Postulat dEinstein: La lumière (la bande visible du spectre électromagnétique) a, à la fois les propriétés dune onde (propagation) et de particules (interaction avec la matière)

16 Le photon, agent de linteraction onde-matière Lénergie associée à une onde électromagnétique est associée pour moitiée à chacune des composantes électrique et magnétique de londe. Cependant linteraction dune onde avec la matière, nest pas principalement liée à la quantité dénergie totale (ou intensité)associée à londe mais est caractéristique de la fréquence (ν) de londe (montrée par Einstein). En fait linteraction se fait par transfert dénergie; quanta dénergie véhiculée par le photon, porteur de linteraction électromagnétique, quantité définie comme E =hν; h étant la constante de Plank Lintensité totale de la radiation: I = n hν, n étant le nombre de photons associés à la radiation électromagnétique Énergie associée: I E², B² moitiée pour chaque composante

17 Leffet photoélectrique hνhν -e collecteur galvanomètre tube à vide ν0ν0 Des radiations électromagnétiques (lumière solaire) incidentes sur une plaque photo- sensible génère un courant électrique (émission délecrons) fréquence Intensité du courant Le courant apparaît pour une fréquence seuil ν 0 et décroît rapidement, Il ny aura pas démissions si v< v 0 quelque soit lintensité de londe. Lexcitation dun corps pour une fréquence qui lui est propre correspond au phénomène de résonance La fréquence seuil ν 0 dépend de la nature du matériau utilisé et correspond aux états dexitation (électroniques) du matériau

18 Cas de latome E1E1 E2E2 E5E5 E4E4 E3E3 électron libre E c = E photon –E 1 excitation déexcitation E1>E1>E 2 >E5E5 E 4 >E 3 > E photon > E 1 visible UV R-X radiations émises

19 Lanalyse spectroscopique E photon nombre de photons détectés E 1 -E 2 E 1 -E 3 Un spectre de raies caractéristiques des éléments contenus dans léchantillon Lélargissement du pic est dû à lagitation naturelle des électrons et atomes ce qui introduit un élargissement des énergies des sous couches et une distribution des vitesses (et donc des énergies) des électrons autour de la valeur moyenne. Un bruit de fond «électronique» se superpose au spectre de raies Bruit de fond

20 La spectroscopie des éléments naturels: un outil puissant didentificarion des éléments et des corps de notre environnement atome Radiations absorbées ou émises (résonance) visible ultraviolet rayons X molécule infrarouge noyau rayons gamma ( ) Chaque système physique a un spectre de raies qui lui est propre Le spectre γ de 2 isotopes dun noyau donné diffèrent (distribution différente des nucléons dans le noyau Le spectre R-X, UV ou visible, datomes distincts (nombre différent de protons et délectrons) sont différents Le spectre IR de deux molécules distinctes (distribution différente datomes) sont différents

21 GenreBande de fréquence Production anthropique Production naturelle (Terre et Univers) radiations ionisantes R- accélérateurs, synchrotron, etc.radioactivité (T), Univers R-Xtube R-X, radio isotope, très haut voltage atomes (T), Univers Ultravioletétincelles, arcs, tubes fluorescents atomes (T), Univers radiations non ionisantes visiblelampes de tous genres,atomes (T), éclaires Soleil, Étoiles infrarougeréactions chimiques (chaleur) métabolisme molécules (la Vie et lespace) micro-ondesklystrons (four, radar)espace ondes radiosUHF, VHF, radiosespace électricité (60 Hz) lignes de distribution électrique -- VLFtrès basse fréquence very low frequency phénomènes terrestres et atmosphériques


Télécharger ppt "LOnde Électromagnétique Fondements émission propagation interaction Armel Boutard."

Présentations similaires


Annonces Google