Physique · Prépa concours post-bac — CPGE (dossier & entretien)

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 d'une perturbation couplant un champ électrique $\vec{E}$ et un champ magnétique $\vec{B}$ .

Dans le vide, elle se propage à la célérité $c \approx 3,00 \times 10^8 \, \text{m/s}$ .
Relation fondamentale : $\lambda = \frac{v}{f} = v \cdot T$ .
Dans le vide, $v = c$ , donc $\lambda_0 = \frac{c}{f}$ .
L'indice de réfraction d'un milieu est $n = \frac{c}{v}$ . Comme $n \geq 1$ , alors $v \leq c$ .

Méthodes à maîtriser

Passer de la fréquence à la longueur d'onde (et inversement).
Calculer la vitesse de propagation dans un milieu transparent connaissant l'indice $n$ .
Identifier le domaine du spectre électromagnétique à partir de $\lambda$ ou $f$ .

Exemples corrigés

Exemple : Une onde de fréquence $f = 100 \, \text{MHz}$ dans le vide. Calcul : $\lambda = \frac{3 \times 10^8}{100 \times 10^6} = 3 \, \text{m}$ .

Erreurs fréquentes

Oublier de convertir les unités (MHz en Hz, km en m).
Confondre la vitesse dans le vide ( $c$ ) et dans un milieu ( $v$ ).
Penser que l'onde électromagnétique a besoin d'un support matériel (c'est faux, contrairement aux ondes mécaniques).

L'essentiel du cours

Une onde électromagnétique est la propagation d'une perturbation couplant un champ électrique $\vec{E}$ et un champ magnétique $\vec{B}$.

Dans le vide, elle se propage à la célérité $c \approx 3,00 \times 10^8 , \text{m/s}$.
Relation fondamentale : $\lambda = \frac{v}{f} = v \cdot T$.
Dans le vide, $v = c$, donc $\lambda_0 = \frac{c}{f}$.
L'indice de réfraction d'un milieu est $n = \frac{c}{v}$. Comme $n \geq 1$, alors $v \leq c$.

Méthodes à maîtriser

Passer de la fréquence à la longueur d'onde (et inversement).
Calculer la vitesse de propagation dans un milieu transparent connaissant l'indice $n$.
Identifier le domaine du spectre électromagnétique à partir de $\lambda$ ou $f$.

Exemples corrigés

Exemple : Une onde de fréquence $f = 100 , \text{MHz}$ dans le vide. Calcul : $\lambda = \frac{3 \times 10^8}{100 \times 10^6} = 3 , \text{m}$.

Erreurs fréquentes

Oublier de convertir les unités (MHz en Hz, km en m).
Confondre la vitesse dans le vide ($c$) et dans un milieu ($v$).
Penser que l'onde électromagnétique a besoin d'un support matériel (c'est faux, contrairement aux ondes mécaniques).

🌉 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

C'est quoi la différence entre une onde mécanique et électromagnétique ?

L'onde mécanique nécessite un milieu matériel (solide, liquide, gaz) pour se propager.
L'onde électromagnétique peut se propager dans le vide et dans les milieux matériels transparents.

💡 À retenir : Le vide est le milieu de propagation privilégié des ondes électromagnétiques.

Kifach n7seb la longueur d'onde ila 3tani l'indice de réfraction n ?

Utilise la relation $v = \frac{c}{n}$ .
Utilise la relation $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{c}{n \cdot f}$ .

💡 À retenir : La fréquence $f$ ne change jamais quand l'onde change de milieu.

Utilise la relation $v = \frac{c}{n}$.
Utilise la relation $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{c}{n \cdot f}$.

💡 À retenir : La fréquence $f$ ne change jamais quand l'onde change de milieu.

Est-ce que les ondes électromagnétiques sont toutes visibles ?

Non, la lumière visible ne représente qu'une toute petite partie du spectre électromagnétique (entre 400 nm et 800 nm environ). Il existe des ondes invisibles comme les rayons X, les ultraviolets, les infrarouges et les ondes radio.

💡 À retenir : Le spectre est continu, la distinction "visible" est propre à l'œil humain.

Chno hiya l'relation bin la fréquence w la longueur d'onde ?

La relation est $\lambda = \frac{v}{f}$ . Plus la fréquence est grande, plus la longueur d'onde est petite.

💡 À retenir : $f$ et $\lambda$ sont inversement proportionnels.

La relation est $\lambda = \frac{v}{f}$. Plus la fréquence est grande, plus la longueur d'onde est petite.

💡 À retenir : $f$ et $\lambda$ sont inversement proportionnels.

Est-ce que la célérité change si la fréquence change ?

Dans le vide, la célérité $c$ est une constante universelle ( $3 \times 10^8 \, \text{m/s}$ ), elle ne dépend pas de la fréquence.

💡 À retenir : $c$ est indépendante de la fréquence dans le vide.

Dans le vide, la célérité $c$ est une constante universelle ($3 \times 10^8 , \text{m/s}$), elle ne dépend pas de la fréquence.

💡 À retenir : $c$ est indépendante de la fréquence dans le vide.

Kifach n3ref wach l'onde ultraviolette aw infrarouge ?

Il faut comparer sa longueur d'onde $\lambda$ à celle du spectre visible (400 nm - 800 nm). Si $\lambda < 400 \, \text{nm}$ , c'est un UV. Si $\lambda > 800 \, \text{nm}$ , c'est un IR.

💡 À retenir : UV est plus énergétique (fréquence élevée) que l'IR.

Il faut comparer sa longueur d'onde $\lambda$ à celle du spectre visible (400 nm - 800 nm). Si $\lambda < 400 , \text{nm}$, c'est un UV. Si $\lambda > 800 , \text{nm}$, c'est un IR.

💡 À retenir : UV est plus énergétique (fréquence élevée) que l'IR.

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

Non, une onde transporte de l'énergie sans transporter de matière. Les particules du milieu ne se déplacent pas globalement.

💡 À retenir : L'onde est un transfert d'énergie.

Pourquoi on dit que le vide est un milieu non dispersif ?

Parce que dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la même vitesse $c$ , quelle que soit leur fréquence.

💡 À retenir : Un milieu est dispersif si la vitesse dépend de la fréquence.

Parce que dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la même vitesse $c$, quelle que soit leur fréquence.

💡 À retenir : Un milieu est dispersif si la vitesse dépend de la fréquence.

Est-ce que la lumière est une onde électromagnétique ?

Oui, la lumière visible est une onde électromagnétique dont la fréquence est comprise entre $3,8 \times 10^{14} \, \text{Hz}$ et $7,5 \times 10^{14} \, \text{Hz}$ .

💡 À retenir : La lumière est un cas particulier d'onde électromagnétique.

Oui, la lumière visible est une onde électromagnétique dont la fréquence est comprise entre $3,8 \times 10^{14} , \text{Hz}$ et $7,5 \times 10^{14} , \text{Hz}$.

💡 À retenir : La lumière est un cas particulier d'onde électromagnétique.

Comment calculer la période T si on a la fréquence f ?

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

💡 À retenir : $T$ s'exprime en secondes (s) et $f$ en Hertz (Hz).

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

💡 À retenir : $T$ s'exprime en secondes (s) et $f$ en Hertz (Hz).

Est-ce que les ondes radio sont dangereuses ?

Les ondes radio ont une très faible fréquence et une grande longueur d'onde, elles transportent très peu d'énergie par rapport aux rayons X ou Gamma.

💡 À retenir : Le danger dépend de l'énergie transportée (liée à la fréquence).

Est-ce que la vitesse de l'onde change dans le verre ?

Oui, car le verre est un milieu matériel d'indice $n > 1$ . La vitesse devient $v = \frac{c}{n} < c$ .

💡 À retenir : La lumière ralentit dans les milieux denses.

Oui, car le verre est un milieu matériel d'indice $n > 1$. La vitesse devient $v = \frac{c}{n} < c$.

💡 À retenir : La lumière ralentit dans les milieux denses.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une onde électromagnétique de fréquence $f = 6,0 \times 10^{14} \, \text{Hz}$ se propage dans le vide.

Calculer sa longueur d'onde $\lambda_0$ dans le vide.
Cette onde pénètre dans un bloc de verre d'indice $n = 1,5$ . Calculer sa vitesse $v$ et sa nouvelle longueur d'onde $\lambda$ dans le verre.

Exercice 1

Une onde électromagnétique de fréquence $f = 6,0 \times 10^{14} , \text{Hz}$ se propage dans le vide.

Calculer sa longueur d'onde $\lambda_0$ dans le vide.
Cette onde pénètre dans un bloc de verre d'indice $n = 1,5$. Calculer sa vitesse $v$ et sa nouvelle longueur d'onde $\lambda$ dans le verre.

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Exercice 2

Un signal radar émet une onde électromagnétique vers un avion. Le signal revient après une durée $\Delta t = 10 \, \mu\text{s}$ . Sachant que l'onde se propage dans l'air à une vitesse proche de $c$ , calculer la distance $d$ de l'avion.

Exercice 2

Un signal radar émet une onde électromagnétique vers un avion. Le signal revient après une durée $\Delta t = 10 , \mu\text{s}$. Sachant que l'onde se propage dans l'air à une vitesse proche de $c$, calculer la distance $d$ de l'avion.

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Exercice 3

Une onde électromagnétique a une longueur d'onde $\lambda = 0,1 \, \text{nm}$ dans le vide.

Calculer sa fréquence.
À quel domaine du spectre appartient-elle ?

Exercice 3

Une onde électromagnétique a une longueur d'onde $\lambda = 0,1 , \text{nm}$ dans le vide.

Calculer sa fréquence.
À quel domaine du spectre appartient-elle ?

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