Électrodynamique

Rayonnement électromagnétique d’un dipôle

Observez la géométrie du champ d'un dipôle oscillant et la distribution angulaire du rayonnement. Vérifiez qualitativement que la puissance rayonnée suit $\sin^2\theta$ et varie en $\omega^4 p_0^2$ , selon $\langle dP/d\Omega\rangle = \mu_0\omega^4 p_0^2\sin^2\theta/(32\pi^2 c)$ .

Avancé

Matériel

Deux modèles interactifs (Modèle A / Modèle B) projetant le champ dipolaire et ses conséquences
Curseurs d'amplitude/source et de longueur d'onde/échelle
Curseurs de fréquence/vitesse et d'angle de vue
Affichage des grandeurs selon les paramètres

Protocole

Explorer la distribution angulaire du rayonnement
Dans le Modèle A, déplacez le curseur d'angle de vue de 0 à 90°. Le champ est maximal perpendiculairement à l'axe du dipôle et nul le long de celui-ci — la loi en $\sin^2\theta$ : aucun rayonnement selon l'axe du dipôle.
Modifier la fréquence et l'amplitude de la source
Fixez l'angle de vue sur la direction de rayonnement maximal, puis augmentez le curseur de fréquence : lisez la puissance relative et testez la dépendance en $\omega^4$ — doubler la fréquence multiplie la puissance par environ 16. Modifiez ensuite l'amplitude de la source pour vérifier la loi en $p_0^2$ .
Comparer les deux modèles
Passez au Modèle B pour voir la conséquence complémentaire (zone de rayonnement lointaine versus champ proche, ou polarisation de l'onde). Modifiez la longueur d'onde/échelle et notez : le champ de rayonnement n'existe que si la charge accélère ; prédisez ce qui se passe quand la fréquence tend vers 0 avant de vérifier.

Simulation

Histoire de l’expérience

En 1865, James Clerk Maxwell acheva les équations du champ électromagnétique et en déduisit des ondes se propageant à la vitesse de la lumière. Oliver Heaviside et J.J. Thomson analysèrent ensuite le champ d'une charge accélérée ; Joseph Larmor donna en 1897 la formule de puissance rayonnée dipolaire qui porte son nom. Heinrich Hertz confirma expérimentalement la prédiction en 1886–1888 : un oscillateur dipolaire de son laboratoire émettait des ondes radio détectées par une boucle de fil à plusieurs mètres. Les expériences de Hertz validèrent la théorie de Maxwell et ouvrirent la voie à la télégraphie sans fil de Marconi dix ans plus tard.

Physiciens associés

James Clerk Maxwell Michael Faraday Heinrich Rudolf Hertz

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