Champ électromagnétique - Définition et Explications

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Introduction

Un champ électromagnétique est la représentation dans l'espace de la force électromagnétique qu'exercent des particules chargées. Concept important de l'électromagnétisme, ce champ représente l'ensemble des composantes de la force électromagnétique (La force électromagnétique est, avec la force de gravitation, l'interaction faible, et...) s'appliquant sur une particule chargée se déplaçant dans un référentiel galiléen (En physique, un référentiel galiléen, ou inertiel, est un référentiel dans...).

Orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) d'un solénoïde mobile en fonction du champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe –...)

Une particule de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) q et de vitesse (On distingue :) v subit une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) qui s'exprime par :

\vec{F} = q \; (\vec{E} + \vec{v} \and \vec{B})

\vec{E} est le champ électrique (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...) et \vec{B} est le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...). Le champ électromagnétique est l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) (\vec{E},\ \vec{B}).

Le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électromagnétique est en effet la composition de deux champs vectoriels que l'on peut mesurer indépendamment. Néanmoins ces deux entités sont indissociables :

  • la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) en composante magnétique et électrique n'est qu'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) dépendant du référentiel d'étude,
  • les équations de Maxwell (Les équations de Maxwell, aussi appelées équations de Maxwell-Lorentz, sont des lois...) régissant les deux composantes électrique et magnétique sont couplées, si bien que toute variation de l'un induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) une variation de l'autre.

Le comportement des champs électromagnétiques est décrit de façon classique par les équations de Maxwell et de manière plus générale par l'électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier...).

La façon la plus générale de définir le champ électromagnétique est celle du tenseur (Tenseur) électromagnétique de la relativité restreinte (La relativité restreinte est la théorie formelle élaborée par Albert Einstein...).

Transformation galiléenne du champ électromagnétique

La valeur attribuée à chacune des composantes électrique et magnétique du champ électromagnétique dépend du référentiel d'étude. En effet on considère généralement en régime statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut...) que le champ électrique est créé par des charges au repos tandis que le champ magnétique est créé par des charges en mouvement (courants électriques). Néanmoins la notion de repos et de mouvement est relative au référentiel d'étude.

Dans le cadre de la relativité galiléenne, si on considère deux référentiels d'étude galiléens (R) et (R'), avec (R') et en mouvement rectiligne uniforme de vitesse V par rapport à (R), et si on appelle v' la vitesse d'une charge q dans (R'), sa vitesse dans (R) est v = v' + V.

Si on appelle (E, B) et (E', B') les composantes du champ électromagnétique respectivement dans (R) et dans (R'), l'expression de la force électromagnétique devant être identique dans les deux référentiels on obtient la transformation des champs électromagnétiques grâce à :

q [\vec E + (\vec {v'} + \vec V) \and \vec B] = q (\vec{E'} + \vec{v'} \and \vec{B'})

Cette relation étant vraie quelle que soit la valeur de v' on a :

et \vec{E'} = \vec E + \vec V \and \vec B

Intensité et puissance

L’intensité d’un champ peut être exprimée à l’aide de différentes unités :

  • pour le champ électrique, le volt par mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) (V/m)
  • pour le champ magnétique, l’ampère par mètre (A/m) ou le tesla (T) (1 A/m = 1,27 µT)
  • Selon le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) d’exposition, en densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) surfacique de puissance (DSP, en W/m2). La DSP est proportionnelle au produit du champ électrique par le champ magnétique : DSP = E x H = E² / 377 = 377 x H², ou encore : E = Racine (377 x DSP)
  • La puissance globale contenue dans un champ électromagnétique peut aussi s’exprimer en watts (W).

Fréquence

La fréquence d’un champ électromagnétique est le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de variations du champ par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...). Elle s’exprime en hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du...) (Hz) ou cycles par seconde, et s’étend de zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...) à l’infini. Une classification simplifiée des fréquences est présentée ci-après, et quelques exemples d’applications dans chaque gamme sont indiqués.

Fréquence Gamme Exemples d’applications
0 Hz Champs statiques Electricité statique
50 Hz Extrêmement basses fréquences (ELF) Lignes électriques et courant domestique
20 kHz Fréquences intermédiaires Écrans vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la...), plaques à inductions culinaires
88 – 107 MHz Radiofréquences Radiodiffusion FM
300 MHz – 3 GHz Radiofréquences micro-ondes Téléphonie mobile (La téléphonie mobile désigne toute l'infrastructure de télécommunication permettant d'utiliser...)
400 – 800 MHz Téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix...) analogique (Le concept d'analogique est utilisé par opposition à celui de numérique.) (Radiocom 2000), télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de...)
900 MHz et 1800 MHz GSM (standard européen)
1900 MHz – 2,2 GHz UMTS
2400 MHz - 2483.5 MHz four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage...) à micro-ondes, WIFI, Bluetooth (Bluetooth est une spécification de l'industrie des télécommunications. Elle utilise...)
3 – 100 GHz Radars Radars
375 – 750 THz Visible Lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), lasers
750 THz — 30 PHz Ultra-violets Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), photothérapie
30 PHz — 30 EHz Rayons X Radiologie
30 EHz et plus Rayons gamma Physique nucléaire (La physique nucléaire est la science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...)

Les rayonnements X et gamma peuvent rompre les liaisons moléculaires et être à l'origine d'ionisations, facteur cancérigène.

Les rayonnements ultra-violets, visibles et infra-rouges peuvent modifier les niveaux d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) au niveau des liaisons au sein des molécules.

Les radiofréquences n’ont pas suffisamment d’énergie pour perturber les liaisons moléculaires.

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