Chapitre 4 : Ondes électromagnétiques dans le vide

Lycée Masséna - Spéciale PSI - Cours "Physique des ondes"
1
Phénomènes de propagation non dispersifs - Equation de d’Alembert
Chapitre 4 : Ondes électromagnétiques dans le vide
Table des matières
1 Rappels : puissance cédée par le champ électromagnétique à des charges mobiles
1.1 Cas général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Cas particulier des conducteurs ohmiques - Effet Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2 Bilan de Poynting de l’énergie électromagnétique
2.1 Equation de conservation de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Identification du couple (Π
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3
4
3 Propagation du champ électromagnétique dans le vide
3.1 Equation de propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Solutions de l’équation de propagation . . . . . . . . . . .
3.2.1 Découplage en coordonnées cartésiennes . . . . . .
3.2.2 Cas d’un problème à symétrie sphérique . . . . . .
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4 Onde électromagnétique plane progressive
4.1 Hypothèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Transversalité des champs . . . . . . . . . . . . .
 et 
 . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Relation entre 
4.4 Energie volumique, puissance rayonnée . . . . . .
4.5 Force excercée par une onde plane sur une charge
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5 Onde électromagnétique plane progressive monochromatique
5.1 Phase, propagation de la phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Structure de l’onde électromagnétique plane progressive monochromatique
5.3 Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1 Polarisation elliptique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.2 Polarisation circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.3 Polarisation rectiligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.4 Onde non polarisée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4 Représentation complexe d’une onde sinusoïdale . . . . . . . . . . . . . .
5.4.1 Polarisation quelconque (elliptique) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.2 Polarisation circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.3 Polarisation rectiligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5 Ecriture en notation complexe des équations de Maxwell . . . . . . . . . .
5.6 Puissance complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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6 Domaines de fréquences des ondes électromagnétiques
6.1 Radiofréquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Fréquences optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Rayonnements ionisants : X et  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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7 Ordre de grandeur
7.1 Vecteur de Poynting et champ électrique d’une OPPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2 Nombre de photons reçus par une surface éclairée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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8 Relations de passage
8.1 Courant surfacique . . . . . . . . . . . . . . .
8.2 Discontinuité du champ électromagnétique . .
8.3 Exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4 Démonstration des relations de passage (HP)
8.4.1 Composantes normales du champ . . .
8.4.2 Composantes tangentielles du champ .
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9 Conducteur parfait
9.1 Champs, charge et courant dans un conducteur parfait
9.2 Champs au voisinage extérieur d’un conducteur parfait
9.2.1 Cas d’un conducteur parfait chargé . . . . . . .
9.2.2 Cas d’un conducteur parfait non chargé . . . .
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10 Réflexion, sous incidence normale, d’une OPPM sur
10.1 Champ de l’onde réfléchie . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2 Superposition des ondes incidente et réfléchie . . . . .
10.3 Courant surfacique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4 Aspect énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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conducteur parfait plan. Onde stationnaire
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11 Propagation guidée entre deux plans métalliques parallèles
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