Physique · Prépa concours post-bac — ENA Architecture

Ondes électromagnétiques

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Une onde électromagnétique est la propagation couplée d'un champ électrique $\vec{E}$ et d'un champ magnétique $\vec{B}$ perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation.

Dans le vide, la célérité est $c = 3,00 \times 10^8 \, m/s$ .
La relation entre longueur d'onde $\lambda$ , fréquence $\nu$ et célérité $c$ est : $\lambda = \frac{c}{\nu} = c \cdot T$ .
Le spectre électromagnétique s'étend des ondes radio aux rayons gamma.

Méthodes à maîtriser

Convertir les unités : $\lambda$ en mètres ( $m$ ), $\nu$ en Hertz ( $Hz$ ), $c$ en $m/s$ .
Savoir classer les rayonnements par fréquence ou longueur d'onde croissante.
Utiliser la relation $\lambda = \frac{c}{\nu}$ pour déterminer la nature d'une onde.

Exemples corrigés

Exemple : Calculer la longueur d'onde d'une onde radio de fréquence $f = 100 \, MHz$ . Réponse : $\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3 \times 10^8}{100 \times 10^6} = 3 \, m$ .

Erreurs fréquentes

Oublier de convertir les $MHz$ ou $kHz$ en $Hz$ .
Confondre la période temporelle $T$ avec la période spatiale $\lambda$ .
Penser que les ondes électromagnétiques ont besoin d'un milieu matériel pour se propager (elles se propagent dans le vide).

L'essentiel du cours

Une onde électromagnétique est la propagation couplée d'un champ électrique $\vec{E}$ et d'un champ magnétique $\vec{B}$ perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation.

Dans le vide, la célérité est $c = 3,00 \times 10^8 , m/s$.
La relation entre longueur d'onde $\lambda$, fréquence $\nu$ et célérité $c$ est : $\lambda = \frac{c}{\nu} = c \cdot T$.
Le spectre électromagnétique s'étend des ondes radio aux rayons gamma.

Méthodes à maîtriser

Convertir les unités : $\lambda$ en mètres ($m$), $\nu$ en Hertz ($Hz$), $c$ en $m/s$.
Savoir classer les rayonnements par fréquence ou longueur d'onde croissante.
Utiliser la relation $\lambda = \frac{c}{\nu}$ pour déterminer la nature d'une onde.

Exemples corrigés

Exemple : Calculer la longueur d'onde d'une onde radio de fréquence $f = 100 , MHz$. Réponse : $\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3 \times 10^8}{100 \times 10^6} = 3 , m$.

Erreurs fréquentes

Oublier de convertir les $MHz$ ou $kHz$ en $Hz$.
Confondre la période temporelle $T$ avec la période spatiale $\lambda$.
Penser que les ondes électromagnétiques ont besoin d'un milieu matériel pour se propager (elles se propagent dans le vide).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Ondes électromagnétiques

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Quelle est la valeur de la célérité de la lumière dans le vide ?

❓ Questions fréquentes

Chno hiya l'far9 bin mawja mikanikiya o mawja kahraba'iya?

L'far9 l'asasi howa l'wasat. L'mawja l'mikanikiya khasha wasat madi (hawa, lma, lhadid) bach tntacher, walakin l'mawja l'kahraba'iya katmcha hta f lfaragh.

💡 À retenir : L'onde électromagnétique n'a pas besoin de support matériel.

Est-ce que l'onde électromagnétique a besoin d'un support matériel ?

Non, contrairement aux ondes mécaniques (comme le son), les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide. C'est pour cela que la lumière des étoiles nous parvient à travers l'espace.

💡 À retenir : Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide à la vitesse $c$ .

💡 À retenir : Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide à la vitesse $c$.

Kifach n7seb l'longueur d'onde ila 3tani l'fréquence?

Katssta3mel l'3ala9a $\lambda = \frac{c}{f}$ . Khassk tkon rad lbal l'wahdat: $c$ b $m/s$ , $f$ b $Hz$ , o $\lambda$ ghadi tkhrej lik b $m$ .

💡 À retenir : $\lambda = \frac{c}{f}$ avec $f$ en Hertz.

Katssta3mel l'3ala9a $\lambda = \frac{c}{f}$. Khassk tkon rad lbal l'wahdat: $c$ b $m/s$, $f$ b $Hz$, o $\lambda$ ghadi tkhrej lik b $m$.

💡 À retenir : $\lambda = \frac{c}{f}$ avec $f$ en Hertz.

Est-ce que la vitesse de l'onde change si elle change de milieu ?

Oui, dans un milieu matériel d'indice $n$ , la vitesse est $v = \frac{c}{n}$ . Comme $n > 1$ , la vitesse est plus faible que dans le vide.

💡 À retenir : La fréquence reste constante, mais la vitesse et la longueur d'onde changent.

Oui, dans un milieu matériel d'indice $n$, la vitesse est $v = \frac{c}{n}$. Comme $n > 1$, la vitesse est plus faible que dans le vide.

💡 À retenir : La fréquence reste constante, mais la vitesse et la longueur d'onde changent.

Wach l'amwaj l'kahraba'iya khayba 3la ssiha?

Ça dépend de la fréquence. Les ondes à haute fréquence (rayons X, gamma) sont ionisantes et dangereuses, alors que les ondes radio sont généralement sans danger.

💡 À retenir : Plus la fréquence est élevée, plus l'énergie transportée est grande.

Quelle est la relation entre la période T et la fréquence f ?

La fréquence est l'inverse de la période : $f = \frac{1}{T}$ . Si $T$ est en secondes, $f$ est en Hertz.

💡 À retenir : $f = \frac{1}{T}$ .

La fréquence est l'inverse de la période : $f = \frac{1}{T}$. Si $T$ est en secondes, $f$ est en Hertz.

💡 À retenir : $f = \frac{1}{T}$.

Est-ce que toutes les ondes électromagnétiques sont visibles ?

Non, seulement une toute petite partie appelée "domaine visible" (entre 400 nm et 800 nm environ). Le reste (UV, IR, rayons X) est invisible pour l'œil humain.

💡 À retenir : Le spectre visible est une infime partie du spectre électromagnétique.

Est-ce que la fréquence change lors du passage d'un milieu à un autre ?

Non, la fréquence est imposée par la source et ne change jamais, quel que soit le milieu traversé.

💡 À retenir : La fréquence est invariante lors du changement de milieu.

C'est quoi un rayonnement ionisant ?

C'est un rayonnement qui possède assez d'énergie pour arracher des électrons aux atomes, ce qui peut endommager les cellules vivantes.

💡 À retenir : Rayons X et Gamma sont ionisants.

Pourquoi on utilise les ondes radio pour la communication ?

Parce qu'elles peuvent parcourir de grandes distances, traverser certains obstacles et transporter des informations facilement par modulation.

💡 À retenir : Les ondes hertziennes sont adaptées aux télécommunications.

Comment calculer la vitesse dans un milieu d'indice n ?

On utilise la formule $v = \frac{c}{n}$ , où $n$ est l'indice de réfraction du milieu (sans unité).

💡 À retenir : $v = \frac{c}{n}$ .

On utilise la formule $v = \frac{c}{n}$, où $n$ est l'indice de réfraction du milieu (sans unité).

💡 À retenir : $v = \frac{c}{n}$.

Est-ce que l'amplitude de l'onde diminue avec la distance ?

Oui, à cause de l'atténuation (absorption par le milieu ou étalement de l'énergie).

💡 À retenir : L'énergie d'une onde se dissipe au cours de sa propagation.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une onde électromagnétique a une fréquence de $1,5 \times 10^{15} \, Hz$ .

Calculer sa longueur d'onde dans le vide.
À quel domaine appartient-elle ? ( $c = 3 \times 10^8 \, m/s$ ).

Exercice 1

Une onde électromagnétique a une fréquence de $1,5 \times 10^{15} , Hz$.

Calculer sa longueur d'onde dans le vide.
À quel domaine appartient-elle ? ($c = 3 \times 10^8 , m/s$).

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Exercice 2

Un laser émet une onde de longueur d'onde $\lambda = 633 \, nm$ dans l'air.

Calculer sa fréquence.
Si cette onde entre dans un milieu d'indice $n=1,5$ , quelle est sa nouvelle vitesse ?

Exercice 2

Un laser émet une onde de longueur d'onde $\lambda = 633 , nm$ dans l'air.

Calculer sa fréquence.
Si cette onde entre dans un milieu d'indice $n=1,5$, quelle est sa nouvelle vitesse ?

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Exercice 3

Une onde électromagnétique se propage dans un milieu d'indice $n=1,33$ . Sa fréquence est $f = 5 \times 10^{14} \, Hz$ .

Calculer la vitesse de l'onde dans ce milieu.
Calculer la longueur d'onde dans ce milieu.

Exercice 3

Une onde électromagnétique se propage dans un milieu d'indice $n=1,33$. Sa fréquence est $f = 5 \times 10^{14} , Hz$.

Calculer la vitesse de l'onde dans ce milieu.
Calculer la longueur d'onde dans ce milieu.

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