📘 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 d'onde : $$\Delta \vec{E} - \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial t^2} = \vec{0}$$ avec $c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}} \approx 3,00 \times 10^8 , \text{m/s}$. Pour une onde plane progressive harmonique (OPPH) se propageant selon $\vec{u}_z$ : $\vec{E}(z,t) = E_0 \cos(\omega t - kz) \vec{u}_x$ $\vec{B}(z,t) = \frac{E_0}{c} \cos(\omega t - kz) \vec{u}_y$ La structure est telle que $(\vec{E}, \vec{B}, \vec{k})$ forment un trièdre direct.
Méthodes à maîtriser
- Passage en notation complexe : Utiliser $\underline{\vec{E}} = \vec{E}_0 e^{j(\omega t - \vec{k} \cdot \vec{r})}$.
- Utilisation des équations de Maxwell : $\vec{k} \wedge \underline{\vec{E}} = \omega \underline{\vec{B}}$ et $\vec{k} \wedge \underline{\vec{B}} = -\frac{\omega}{c^2} \underline{\vec{E}}$.
- Calcul du vecteur de Poynting : $\vec{\Pi} = \frac{1}{\mu_0} (\vec{E} \wedge \vec{B})$.
Exemples corrigés
- Relation de dispersion : Montrer que $\omega = ck$. En remplaçant $\vec{E}$ dans l'équation d'onde, on obtient $(-k^2) + \frac{\omega^2}{c^2} = 0$, donc $\omega^2 = c^2 k^2$.
- Intensité moyenne : $\langle \Pi \rangle = \frac{E_0^2}{2 \mu_0 c} \vec{u}_z$.
Erreurs fréquentes
- Oublier que $\vec{B}$ est en Tesla et $\vec{E}$ en V/m (le rapport est $c$).
- Confondre la direction de propagation $\vec{k}$ avec la polarisation $\vec{E}$.
- Ne pas vérifier le caractère direct du trièdre $(\vec{E}, \vec{B}, \vec{k})$.