Comment étudier la propagation d’une onde électromagnétique (Oém) ?
- Dresser l’équation de propagation à partir des équations de Maxwell et des éventuels compléments donnés dans l’énoncé
- Résoudre l’équation de propagation aux dérivées partielles en proposant des solutions sous forme de (pseudo) ondes planes progressives harmoniques
- Établir la relation de dispersion en remplaçant l’expression de la solution dans l’équation de propagation
- Mettre le nombre d’onde, $\underline k$ (à priori complexe) sous sa forme algébrique grâce à la relation de dispersion : $\underline k = k_1+ik_2$
- Déterminer la distance caractéristique de propagation $\delta=\frac{1}{ \lvert k_2 \rvert }$.
- Déterminer la vitesse de phase $v_ \phi = \frac{\omega}{\lvert k_1 \rvert }$.
- Déterminer la vitesse de groupe $v_ g = \frac{d \omega}{d k_1 }$. La vitesse de groupe correspond à la vitesse de transmission de l’information et de l’énergie.
- Exprimer la puissance moyenne transportée par l’onde au cours de sa propagation en utilisant le vecteur de Poynting et la relation de structure.
Qu’est-ce que le modèle du dipôle oscillant ?
Il s’agit d’un modèle décrivant les effets du mouvement oscillatoire d’un dipôle électrique. Le modèle est basé sur les hypothèses suivantes :
- On travaille avec un dipôle électrique variable dans le temps tel que son moment dipolaire oscille sinusoïdalement $\vec p= \vec{p_0} cos(\omega t)$
- On fait l’hypothèse que $a<<\lambda$ avec $a$ la taille du dipôle
- On étudie le dipôle dans la zone de rayonnement, c’est-à-dire $\lambda< < r$
Comment analyser la structure du champ électromagnétique rayonné par un dipôle oscillant ?
Les expressions du champ électromagnétique ne sont pas exigibles, mais il faut pouvoir les commenter ainsi :
- On se place en coordonnées sphériques.
- On étudie les invariances et symétrie pour en déduire que $E$ et $B$ ne dépendent que de $r$ et $\theta$ et que $\vec B = B\vec{e_\phi}$.
- L’hypothèse $r>>\lambda$ nous permet de considérer que l’on a localement une structure d’onde plane progressive. On a donc $\vec k = k \vec {e_r}$ et $\vec B = \frac{\vec{e_r} \land \vec E}{c}$
- $\vec E = cB \vec{e_\theta}$
- La conservation de l’énergie nous donne que l’amplitude de $E$ décroit en $1/r$.
- Le champ électrique produit est polarisé rectilignement selon $\vec{e_ \theta}$.
Quelques exemples d’application
Le modèle du dipôle rayonnant est notamment utilisé pour étudier le fonctionnement des antennes dipolaires, le rayonnement synchrotron ou encore la diffusion de Rayleigh. À noter que la diffusion de Rayleigh permet d’expliquer pourquoi le ciel est bleu.