Que sont les ondes électromagnétiques ?
L’onde électromagnétique est une forme d’énergie, qui appartient à un type d’onde, tout comme l’onde mécanique, l’onde gravitationnelle et l’onde de matière (onde de probabilité). Plus la fréquence est élevée, plus la fréquence de l’onde électromagnétique émise est élevée et plus la longueur d’onde est courte. Cette onde électromagnétique est appelée rayonnement du corps noir. Tout comme les gens vivent dans l’air mais que les yeux ne peuvent pas voir l’air, en plus des ondes lumineuses, les gens ne peuvent pas voir d’autres ondes électromagnétiques qui sont omniprésentes.
Comment les ondes électromagnétiques se produisent-elles ?
Le champ électromagnétique comprend deux aspects du champ électrique et du champ magnétique, et ses caractéristiques sont représentées par l’intensité du champ électrique E (ou le déplacement électrique D) et la densité de flux magnétique B (ou l’intensité du champ magnétique H) respectivement.
Selon la théorie du champ électromagnétique de Maxwell, ces deux parties sont étroitement liées. Un champ électrique variable dans le temps provoque un champ magnétique, et un champ magnétique variable dans le temps provoque un champ électrique.
Lorsque la source du champ électromagnétique change avec le temps, le champ électrique et le champ magnétique s’excitent mutuellement pour provoquer le mouvement du champ électromagnétique afin de former des ondes électromagnétiques. La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques est égale à la vitesse de la lumière. Dans l’espace libre, elle est c=299792458m/s ≈3×108m/s. Le voyage des ondes électromagnétiques s’accompagne également de la fourniture d’énergie.
Propriétés des ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques ont trois propriétés, à savoir l’amplitude (intensité, intensité lumineuse), la fréquence (longueur d’onde) et la forme d’onde (distribution spectrale). Pour la lumière visible, ces trois propriétés correspondent respectivement à la luminosité, à la teinte et à la chromaticité de la couleur de la lumière. En ce qui concerne l’onde électromagnétique, il existe également le concept de phase initiale. Sa forme d’onde est une courbe sinusoïdale (courbe cosinusoïdale), appelée onde sinusoïdale (onde cosinusoïdale). Plus la forme d’onde d’une onde électromagnétique est proche d’une onde sinusoïdale, plus son spectre est pur et meilleure est sa monochromicité. Un exemple typique en est les lasers.
1. Amplitude électromagnétique
La valeur absolue maximale que les forces de champ électrique (E) et de champ magnétique (H) de l’onde électromagnétique peuvent atteindre est appelée valeur maximale ou amplitude de l’onde électromagnétique. L’amplitude des ondes électromagnétiques est divisée en amplitude de champ électrique et amplitude de champ magnétique, et les unités sont V/m et A/m respectivement. Elles peuvent toutes représenter l’intensité des ondes électromagnétiques, mais dans les applications pratiques, la force du champ électrique est plus souvent utilisée comme méthode de représentation de l’amplitude de l’onde électromagnétique.
1.1 Force du champ électrique
La force du champ électrique est une quantité physique utilisée pour exprimer la force et la direction du champ électrique, et elle est souvent exprimée par « E« .
1.11 Formule de calcul
Dans différents cas, la méthode de calcul de l’intensité du champ électrique est différente. La formule suivante ne s’applique qu’aux charges ponctuelles :
E=KQ/r2
Le « E » est l’intensité du champ électrique, « K » est la constante de force électrostatique, « Q » est l’amplitude de la charge source, et « r » est la distance entre la charge source et la charge de test.
1.2 intensité du champ magnétique
L’intensité du champ magnétique a été initialement dérivée du point de vue de la charge magnétique dans l’histoire. Par analogie avec la loi de Coulomb de la charge, on pense qu’il existe deux types de charges magnétiques, positives et négatives, dans la nature, et la loi de Coulomb de la charge magnétique est proposée. La force subie par une charge électromagnétique positive unitaire dans un champ magnétique est appelée l’intensité du champ magnétique (symbole H).
1.21 Formule de calcul
Dans un milieu, la formule de calcul de l’intensité du champ magnétique est :
H=B/μ0-M
« B » est l’induction magnétique, « M » est la magnétisation, « μ0 » est la perméabilité magnétique dans le vide, μ0=4π×10-7 Tesla m/A. L’unité de « H » est An/mètre.
2 Fréquence électromagnétique
Le nombre de fluctuations électromagnétiques par seconde est appelé fréquence électromagnétique.
Formule de calcul
La formule pour calculer la fréquence des ondes électromagnétiques est :
f(Hz)=c(m/s)/λ(m)
« c« : vitesse de l’onde (la vitesse de la lumière est une constante, égale à 299792458m/s dans le vide, approximativement égale à 3×108m/s) unité : m/s;
« f« : fréquence (unité : Hz, 1MHz=1000kHz=1×106Hz);
« λ« : longueur d’onde (unité : m);
3 Spectre Électromagnétique
Disposer ces ondes électromagnétiques dans l’ordre de la longueur d’onde ou de la fréquence constitue le spectre électromagnétique. Si les fréquences de chaque bande sont disposées par ordre croissant, ce sont les ondes électromagnétiques de basse fréquence, les ondes radio (divisées en ondes longues, ondes moyennes, ondes courtes, micro-ondes), les rayons infrarouges, la lumière visible, les rayons ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma. La radio a la longueur d’onde la plus longue, et les rayons cosmiques (rayons X, rayons gamma et rayons de longueurs d’onde plus courtes) ont les longueurs d’onde les plus courtes.
Tableau du Spectre Électromagnétique
Applications des Ondes Électromagnétiques
- Ondes radio : pour la communication, etc ;
- Micro-ondes : utilisées dans les fours à micro-ondes, les communications par satellite, etc ;
- Rayons infrarouges : utilisés pour la télécommande, les caméras thermiques, les missiles guidés par infrarouge, etc ;
- Lumière visible : C’est la base pour que tous les êtres vivants voient les choses ;
- Lumière ultraviolette : utilisée pour la désinfection médicale, la vérification des billets de banque contrefaits, la mesure de la distance, la détection des défauts en ingénierie, etc ;
- Rayons X : pour la photographie scanner ;
Rayons gamma : utilisés pour le traitement, faire sauter les atomes pour produire de nouveaux rayons, etc.
