Diaporama Cédric Mulet-Marquis

1864-1900 : grandeur et décadence
de la théorie ondulatoire de la
lumière
Cédric Mulet-Marquis, ENS-Lyon
UPL 08-09
Retour sur l'électricité et le
magnétisme
●
Deux phénomènes connus depuis
l'antiquité
–
Électricité vient du grec êlektron
signifiant ambre jaune
–
Magnétisme vient de la presqu'île de
Magnesie, les Chinois au Ier l'utilisent
pour des boussoles
●
e
XVIII : débuts de l'étude
scientifique de l'électricité et du
magnétisme
–
1733 : Du Fay (1698-1739) montre
l'existence de deux types de
charges électriques (positive et
négative), attraction entre charges
de types différents, répulsion entre
charges de même type
–
1751 : Franklin (1706-1790) montre
que la foudre est un phénomène
électrique
–
Entre 1785 et 1791 Coulomb
donne les lois de l'électricité
statique
–
1799 Volta : invention de la pile
Un premier lien entre magnétisme et
électricité
●
Expérience de Oersted (1777-1851) en
1820
Les forces mises en
évidence par
Oersted se
répartissent
circulairement autour
du fil
●
1820 : Ampère (1775-1836)
reprend et élargit les expériences
d'Oersted, donne une première
expression mathématique de ces
observations
●
1831 Faraday (1791-1867)
–
Cartographie le champ magnétique
–
découvre l'induction (inverse de
l'expérience d'Oersted)
–
formule l'hypothèse que le champ
magnétique existe pour lui même, sans
avoir besoin d'éther
Unification de l'électricité et du
magnétisme
●
James Clerk Maxwell (1831-1879)
–
Réunit toutes les propriétés connues
de l'électricité et du magnétisme dans
quatre équations.
∇×B – ∂t E = 4 J
Lois d'Ampère généralisées
∇.E
Conservation de la charge électrique
= 4 
∇×E + ∂t B = 0
∇.B
=0
Induction magnétique (Faraday)
Absence de monopôle magnétique
●
●
A partir de ces quatre équations Maxwell
montre en plus des résultats déjà connus :
–
Qu'il existe des ondes électromagnétiques qui se
propagent à 300.000 km/s
–
Que ces ondes sont transverses (cf résultats de
Fresnel sur la polarisation)
Un problème demeure : statut de l'éther
●
Un exemple d'application des lois de Maxwell :
la TSF
Musée de la TSF
73240 Saint-Maurice
de Rotherens
04-76-31-76-38
●
Existence des ondes
électromagnétisme : 1884 par Hertz
(1857-1894)
–
Ces ondes se propagent à
300.000km/s
–
Elles suivent les lois de la réflexion, de
la réfraction, de la diffraction
–
Elles sont transverses
Intermède
●
Pour entendre des ondes électromagnétique
chez soi à la manière de Hertz, il faut
–
Un interrupteur
–
Unrécepteur radio
●
Un apparent défaut qui va s'avérer une force :
–
Les équations de Maxwell ne sont pas invariantes
sous les transformations de Galilée
–
La lumière ne suit pas les lois usuelles de
composition des vitesses : 1887 expérience de
Michelson (1852-1931) et Morley (1838-1923)
–
expérience de Michelson et Morley : tentative de
mesure du vent d'éther (Terre autour du Soleil : 30
km/s)
–
Résultat négatif : quelque soit le référentiel, la
vitesse de la lumière est toujours 300.000 km/s
●
Solution trouvée en 1905 par
Einstein (1879-1955) :
–
Les équations de Maxwell sont
correctes, c'est la conception de
l'espace et du temps qu'il faut revoir.
–
La vitesse de la lumière est une
constante fondamentale.
De vraies difficultés
●
Effet photoélectrique : Hertz en 1887
Lumière rouge : même très intense,
même concentrée : rien ne se
passe
Lumière UV : même très faible,
énorme éjection d'électricité,
www.sciencetech.technomuses.ca éjection proportionnelle à l'intensité
de la source
●
La catastrophe ultra-violette : rayonnement de
corps noir
–
Rayleigh (1842-1919) et Jeans(1877-1946)
calculent l'énergie émise par un corps noir à partir
des équations de Maxwell : cette énergie est
infinie !