III Propagation d’ondesélectromagnétiques
III.A–Ondesélectromagnétiquesdans le vide
III.A.1) RappelerleséquationsdeMaxwell en présence de chargesetde courants.
Quelles sontlestraductionsglobales,ditesaussiformesintégrales,de cesloislocales?
III.A.2) Établirl’équation depropagation du champþ
E(M,t)danslevide(enl’absence de chargesetde
courants).
III.A.3) Onconsidèreuneondedontle champélectrique en notation complexes’écrit:
þ
E(M,t)=E0expi(ωt−kx)þey
où E0∈R∗
+etk∈R∗
+.
Caractérisercetteonde(donner5qualificatifs).
III.A.4) Àquelle condition surketωcetteonde est-elleunesolution del’équation depropagation ?Comment
appelle-t-on cetterelation ?Le vide est-il un milieu dispersif(àjustifier)?
III.A.5) Déterminerl’expression réelledu champmagnétiqueþ
B(M,t).
III.A.6) Déterminerl’expression du vecteurdePoyntingþ
Π(M,t).Quelle estlasignification physiquedu flux
deþ
ΠàtraversunesurfaceSouverte,arbitrairementorientée ?
III.B–Ondesélectromagnétiquesdans unmilieuconducteur
III.B.1) Enabsence dedensitévolumiquede charges,maisen présence dedensitévolumiquede courants
þ(M,t),établirl’équation depropagation du champþ
E(M,t)enfonction deþ(M,t).
III.B.2) Onconsidèreuneondedu typeþ
E(M,t)=E0expi(ωt−kx)þeyoù E0∈R∗
+etk∈C.On pose,en
notation complexe, larelation d’Ohm:þ(M,t)=γþ
E(M,t)où γestlaconductivité électrique complexedu
milieu,on supposequ’ellenedépend nidel’espacenidu temps.
Réécrirel’équation depropagation du champþ
E(M,t)enfonction deγ.
Àquelle condition surketωcetteonde est-elleunesolution del’équation depropagation ?On ne cherchera
pas àrésoudre cette équation.
III.B.3) On posek=k1+ik2,avec k1etk2réels.
a)Écrire en notation réellel’expression du champélectriqueþ
E(M,t).
b) Par analogieavec levide,dire ce quereprésentek1, lapartieréelledek.Donneruneinterprétation du signe
dek1.Quelphénomènephysiquetraduitk2, lapartieimaginairedek?
Quediresi leproduitk1k2estpositif?Quediresi leproduitk1k2estnégatif?
c) Définirpar unephraselavitessedephasevϕetdonnerl’expression delavitessedephasede cetteonde en
fonction desgrandeursprécédemmentdéfinies.
III.B.4) Démontrerunerelation simple entrelesvecteursþ
E(M,t),þ
k(vecteurd’onde complexe)etþ
B(M,t).
Déterminerlesexpressionsdelareprésentation complexedu champmagnétiqueþ
B(M,t)etdu champréel
þ
B(M,t).Quediredeschampsþ
E(M,t)etþ
B(M,t)sik2estnon nul?
III.B.5) Déterminerl’expression du vecteurdePoyntingþ
Π(M,t)puisl’expression desavaleurmoyenne
+þ
Π(M,t),.Commenter.
III.B.6) Uneondeincidente,þ
Ei(M,t)=E0iexpi(ωt−kAx)þeyoù E0i∈R∗
+etkA=kA1+ikA2avec kA1et
kA2deuxréels,sepropageantdanslemilieu(A)arrive enincidence normalesuruneinterfacesituée enx=0
etséparantlemilieu(A)du milieu(B).
Cetteondeincidentedonnenaissance àdeuxondes, l’uneréfléchie,þ
Er(M,t)=E0rexpi(ωt+kAx)þey,se
propageantdanslemilieu(A)etl’autretransmise,þ
Et(M,t)=E0texpi(ωt−kBx)þeyoù kB=kB1+ikB2avec
kB1etkB2deuxréels,sepropageantdanslemilieu(B).
On définitlescoefficientsderéflexion etdetransmission énergétiquesau niveau del’interfacesituée enx=0
par
R=e.
.
.
þ
Πr(O,t).
.
.f
e.
.
.
þ
Πi(O,t).
.
.fetT=e.
.
.
þ
Πt(O,t).
.
.f
e.
.
.
þ
Πi(O,t).
.
.f
où þ
Πi(O,t),þ
Πr(O,t)etþ
Πt(O,t)représententrespectivementlesvecteursdePoynting, au voisinage d’un pointO
del’interface,desondesincidente,réfléchie et transmise(ëþ
Aëdésignelemoduledu vecteurþ
A).
a)Justifierl’écrituredu champþ
Er(M,t).
b) DonnerlesexpressionsdeRetdeTenfonction desdonnéesprécédentes.