Électrodynamique

Ondes électromagnétiques dans le vide

Observez une onde électromagnétique plane dans le vide : $\mathbf E$ , $\mathbf B$ et le vecteur de propagation $\mathbf k$ sont mutuellement perpendiculaires et avancent à $c=\lambda f$ . Réglez amplitude, longueur d’onde et fréquence, puis vérifiez le vecteur de Poynting $\mathbf S=\mathbf E\times\mathbf B/\mu_0$ .

Licence

Matériel

Onde plane virtuelle avec vecteurs E (orange) et B (sarcelle) sur canevas 3D
Curseurs d’amplitude, longueur d’onde, fréquence et angle de vue
Boutons Modèle A/B et Pause
Affichages $\mathbf E\perp\mathbf B\perp\mathbf k$ et $\mathbf S=\mathbf E\times\mathbf B/\mu_0$

Protocole

Vérifier le caractère transverse
Dans la figure 1, faites pivoter l’onde plane : E oscille selon un axe, B selon l’axe perpendiculaire, tous deux transverses à la propagation — vérifiez l’affichage « E ⟂ B ⟂ k ».
Vérifier $c=\lambda f$
Lisez λ et f sur les curseurs : le produit λf doit donner $c\approx3{,}0\times10^8$ m/s. Doublez f et voyez λ diminuer de moitié pour garder la vitesse — dans le vide, l’onde électromagnétique ne se disperse pas.
Lire le flux d’énergie de Poynting
Passez à la figure 2 (ou modèle B) : le vecteur de Poynting $\mathbf S=\mathbf E\times\mathbf B/\mu_0$ suit la propagation. Tournez la vue et vérifiez que la règle de la main droite E×B pointe toujours selon k.

Simulation

Histoire de l’expérience

James Clerk Maxwell unifia électricité et magnétisme dans les équations publiées en 1865 ; leur résolution dans le vide donne une équation d’onde de vitesse

1/\sqrt{\mu_0\varepsilon_0}

— égale à la vitesse mesurée de la lumière, donc Maxwell conclut que la lumière est une onde électromagnétique. Les ondes radio prédites furent produites et détectées par Heinrich Hertz en 1887–1888 : des étincelles excitaient des oscillations dans une boucle réceptrice à des mètres de distance. Le vecteur de flux d’énergie porte le nom de John Henry Poynting, qui l’obtint en 1884 en analysant le transport d’énergie dans le champ électromagnétique.

Physiciens associés

James Clerk Maxwell Michael Faraday Heinrich Rudolf Hertz

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