L’ onde électromagnétique

L’ onde électromagnétique

Qu’est – ce que la lumière ?

Une onde électromagnétique, est une catégorie d’ondes, qui peut se déplacer, dans un milieu de propagation, comme le vide, mais pas que, contrairement à une onde mécanique, comme le son, qui elle, a besoin d’un support, tel que l’air par exemple, pour se propager. L’onde électromagnétique, se propage, avec une vitesse avoisinant celle de la lumière, soit près de 300 000 kilomètres par seconde, dans le vide. Ces ondes électromagnétiques, sont produites par des charges électriques, en mouvement. Elles correspondent aux oscillations couplées d’un champ électrique et d’un champ magnétique, dont les amplitudes varient de façon sinusoïdale au cours du temps. Ce qui vibre dans la lumière, ce sont les champs électriques et magnétiques, qui sont perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à la direction de la propagation de l’onde, se propageant ainsi, dans un milieu, selon une direction orthogonale ( voir la figure 1 et 2 ci – dessous ).

fig.1 propagation de l’ onde électromagnétique / crédit image : e-cours.univ-paris

Le rayonnement électromagnétique est constitué de photons, dont la nature est effectivement duale. Dans certaines circonstances, leurs comportements seront ceux de corpuscules alors que dans d’autres circonstances, ils seront celui d’ondes. Le champ électromagnétique n’a pas à proprement parler, de dépendance à un milieu matériel. Il se propage indépendamment de son milieu. L’ onde électromagnétique est composée de photons, qui est lui, une onde, dite, élémentaire. Un photon est une minuscule onde électromagnétique. Les quantités qui oscillent dans l’espace et le temps sont les champs magnétiques et électriques emportés par l’onde élémentaire. Une onde, au sens classique du terme, qui comporte une infinité d’oscillations ne peut être localisée en un point. Le nombre d’oscillations des photons émis par les atomes et les noyaux, n’est pas infini, cela en raison d’une petite incertitude sur leur énergie. Ceci permet une certaine localisation. Plus la longueur caractéristique de l’oscillation est courte et plus l’onde est concentrée dans l’espace. Quand la longueur d’onde devient très petite, ce qui est le cas des photons gamma, le photon, commence à ressembler à un objet compact, une particule.

fig.2 composition de l’ onde électromagnétique / crédit image : spcl.ac-montpellier

Docteur Albert Einstein, dans son article de 1909, pose les bases d’une nouvelle théorie du rayonnement prenant en compte cette dualité onde-corpuscule du rayonnement électromagnétique.

Docteur Albert Einstein est un physicien théoricien ( 1879 – 1955 ) – prix Nobel de physique de 1921 pour son explication de l’effet photoélectrique / crédit image : pixabay

Docteur A. Einstein, 1905 : « L’existence de ces sauts d’énergies, des électrons dans la matière, nous prouve, que, la lumière n’est pas seulement une onde, mais, se manifeste aussi comme des particules, grains de lumière appelés photons ». Fin de citation. La formulation de cette hypothèse de quanta de lumière est la première contribution d’Einstein à la théorie quantique.

Le champ électromagnétique existe dans tout l’espace à tout moment. Il existe donc dans le vide, même, s’il a une valeur nulle. Le champ électromagnétique est décrit par des équations de champs, qui sont les équations de Maxwell. Ce sont des équations différentielles, c’est-à-dire que la dynamique du champ, en un point, est influencée par le champ, en des points voisins. Donc, si on a une perturbation en un point, celle-ci influencera les points voisins, de proche en proche, la perturbation se propagera, ainsi est l’ onde électromagnétique. La propagation n’est pas due à une propriété de l’espace, mais à la nature même du champ. La description moderne du photon repose sur la théorie quantique des champs. Donc le photon est un quantum ( c’ est à dire, la plus petite particule intrinsèque d’ énergie ), du champ électromagnétique. C’est donc, une perturbation du champ électromagnétique qui se propage.

En clair,
Le champ électromagnétique interagit avec le champ d’électrons. Ils peuvent s’échanger de l’énergie sous forme de quanta, c’est comme ça, que les photons sont absorbés puis réémis ( de proche en proche ). Cependant, ils ne respectent pas toujours cette relation. Dans ce cas, c’est ce qu’on appelle des photons virtuels, mais ils ne vivent pas assez longtemps pour qu’on puisse les observer… La plupart des ondes auxquelles on pense (ex. Vagues à la surface de l’eau, son, ondes sismiques et cetera), sont liées à la variation d’une propriété mécanique : Le champ de contraintes (pression, tension, cisaillement et cetera). Leurs existences et leurs propagations sont donc dépendantes, d’un milieu matériel. Le champ électromagnétique n’a pas cette dépendance. Voilà pourquoi elles existent et se propagent dans le vide. L’interaction avec la matière ordinaire, qui est fondamentalement constituée de particules chargées, peut en modifier la propagation (ex. Vitesse de phase, absorption, réflexion et cetera). La lumière est donc une onde électromagnétique.

Plus simplement, pourquoi voyons – nous la lumière ?

Lorsque les atomes d’un corps absorbent de l’énergie, ces derniers sont dans un état, excités. Mais en revenant à leurs états fondamentaux, ils libèrent (les atomes), un surplus d’énergies (absorbées), sous forme de chaleur et de radiations lumineuses. Un objet donc, chaud, émet de la lumière : Ses particules sont agitées et ce mouvement incessant, crée des perturbations du champ électromagnétique. Donc de la lumière. Suivant l’ ” intensité ” de cette réémission, elle sera visible à l’œil nu.

La lumière de notre belle étoile, le Soleil / crédit image : pixabay
crédit image cover : pixabay

A suivre prochainement…

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Dizzy Blue

Cherche le bien, quitte le et recherche toi.

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