Najah.
Mon plan de révision⚡ Défi flash

Physique · Classes prépa (CPGE) — 2ème année — TSI

Électromagnétisme : Propagation des ondes électromagnétiques dans le vide

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

Dans le vide, les équations de Maxwell imposent que le champ électrique $\vec{E}$ et le champ magnétique $\vec{B}$ vérifient l'équation de d'Alembert : $$\Delta \vec{E} - \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial t^2} = \vec{0}$$ Pour une onde plane progressive harmonique (OPPH) se propageant selon $\vec{u}_z$ : $\vec{E}(z,t) = E_0 \cos(\omega t - kz + \phi) \vec{u}_x$ La relation de dispersion est $\omega = c k$ avec $c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}}$. La structure de l'onde est telle que $\vec{B} = \frac{1}{c} (\vec{u}_z \wedge \vec{E})$.

Méthodes à maîtriser

  1. Passer de la forme réelle à la notation complexe : $\vec{E} = \text{Re}(\underline{\vec{E}})$.
  2. Utiliser la relation $\underline{\vec{B}} = \frac{1}{\omega} (\vec{k} \wedge \underline{\vec{E}})$.
  3. Vérifier l'orthogonalité du trièdre $(\vec{k}, \vec{E}, \vec{B})$.

Exemples corrigés

Exemple : Si $\vec{E} = E_0 \cos(\omega t - kz) \vec{u}_y$, alors $\vec{B} = \frac{E_0}{c} \cos(\omega t - kz) \vec{u}_x$. Calcul : $\vec{k} = k \vec{u}_z$. Donc $\vec{B} = \frac{1}{c} (\vec{u}_z \wedge \vec{u}_y) E_0 \cos(...) = -\frac{E_0}{c} \cos(...) \vec{u}_x$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que $\vec{E}$, $\vec{B}$ et $\vec{k}$ forment un trièdre direct.
  • Confondre la vitesse de phase $v_\phi = \omega/k$ avec la vitesse de groupe dans le vide (elles sont égales).
  • Ne pas respecter les unités du système international (SI).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

Tu as appris les sciences en arabe ? Touche un mot pour voir sa traduction et une explication en darija.

La question que tu n'oses pas poser en classe ? Pose-la à UstadZéro jugement, même en darija, même à minuit. Il t'explique pas à pas et corrige ta démarche. Gratuit.

Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Électromagnétisme : Propagation des ondes électromagnétiques dans le vide

1/4

Dans le vide, la vitesse d'une onde électromagnétique dépend-elle de sa fréquence ?

❓ Questions fréquentes

Pourquoi dit-on que l'onde est transversale ?

Parce que les vecteurs $\vec{E}$ et $\vec{B}$ sont perpendiculaires à la direction de propagation $\vec{k}$.

💡 À retenir : $\vec{E} \cdot \vec{k} = 0$ et $\vec{B} \cdot \vec{k} = 0$.

Comment savoir si l'onde est polarisée rectilignement ?

Si le vecteur $\vec{E}$ garde une direction fixe dans l'espace au cours du temps, l'onde est dite polarisée rectilignement.

💡 À retenir : La polarisation dépend de la direction du vecteur champ électrique.

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

La fréquence $f$ est imposée par la source et reste invariante lors du changement de milieu. Seule la longueur d'onde change.

💡 À retenir : La fréquence est une signature de la source.

Est-ce que l'onde électromagnétique transporte de la matière ?

Non, une onde électromagnétique est une perturbation du champ électromagnétique qui se propage. Elle transporte de l'énergie et de la quantité de mouvement, mais pas de matière.

💡 À retenir : L'onde transporte de l'énergie sans transport de matière.

Chno hiya l'far9 bin onde plane o onde sferiya ?

L'onde plane a des surfaces d'onde planes (infinies), tandis que l'onde sphérique a des surfaces d'onde en forme de sphères qui s'élargissent avec la distance.

💡 À retenir : L'onde plane est une idéalisation mathématique très utile en physique.

Comment déterminer la direction de propagation à partir de l'expression de vec{E} ?

Il faut regarder la phase : $(\omega t - \vec{k} \cdot \vec{r})$. Si le signe devant $\vec{k} \cdot \vec{r}$ est négatif, l'onde se propage dans le sens de $\vec{k}$.

💡 À retenir : Le signe de la phase indique le sens de propagation.

Kifach n7seb l'longueur d'onde lambda ?

On utilise la relation $\lambda = \frac{2\pi}{k}$ ou $\lambda = \frac{c}{f}$ où $f$ est la fréquence en Hertz.

💡 À retenir : $\lambda$ est la distance parcourue par l'onde pendant une période $T$.

Est-ce que vec{E} et vec{B} sont toujours en phase ?

Oui, dans le vide, pour une OPPH, les champs $\vec{E}$ et $\vec{B}$ sont en phase en tout point de l'espace.

💡 À retenir : Le déphasage entre $\vec{E}$ et $\vec{B}$ est nul dans le vide.

Wach l'onde electromagnetique kat7taj l'milieu bach tntacher ?

Non, contrairement aux ondes sonores, les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide absolu.

💡 À retenir : Le vide est le milieu de propagation idéal pour ces ondes.

Quelle est la relation entre l'amplitude de E et B ?

La relation est $E_0 = c B_0$, où $c \approx 3 \times 10^8$ m/s.

💡 À retenir : Le champ électrique est beaucoup plus "intense" numériquement que le champ magnétique.

Comment démontrer l'équation de d'Alembert ?

En combinant les deux équations de Maxwell-Faraday et Maxwell-Ampère (dans le vide) et en utilisant l'identité vectorielle $\text{rot}(\text{rot} \vec{A}) = \text{grad}(\text{div} \vec{A}) - \Delta \vec{A}$.

💡 À retenir : La divergence de $\vec{E}$ est nulle dans le vide.

Chno hiya l'relation bin epsilon0 o mu0 o c ?

La relation est $c = 1 / \sqrt{\epsilon_0 \mu_0}$.

💡 À retenir : Cette constante fondamentale lie l'électrostatique et la magnétostatique.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une onde électromagnétique plane se propage dans le vide selon la direction $\vec{u}_z$. Le champ électrique est donné par $\vec{E}(z,t) = E_0 \cos(\omega t - kz) \vec{u}_y$.

  1. Déterminer le vecteur d'onde $\vec{k}$.
  2. Exprimer le champ magnétique $\vec{B}(z,t)$ en fonction de $E_0, c, \omega, k, z$ et $t$.
  3. Vérifier que l'onde est transversale.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

On considère une onde électromagnétique de fréquence $f = 100$ MHz.

  1. Calculer la longueur d'onde $\lambda$ dans le vide.
  2. Si l'amplitude du champ électrique est $E_0 = 300$ V/m, calculer l'amplitude du champ magnétique $B_0$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Démontrer que pour une OPPH, la relation de dispersion est $\omega = ck$.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Un prof de Physique pour aller plus loin

Les cours du soir avec des profs vérifiés arrivent : inscris-toi pour être prévenu(e) en premier.

Être prévenu(e) gratuitement

Autres chapitres de Physique