Commit 382e07e2 authored by Claude Meny's avatar Claude Meny

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Pipeline #13603 canceled with stage
......@@ -74,9 +74,18 @@ et révolutionne ainsi la physique._
* Les **4 équations de Maxwell** *ne sont pas démontrées*, donc elles ne constituent pas des théorèmes.
* Elles sont *posées et supposées vraies*, ce **sont des postulats**.
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#### Pourquoi ces équations fondent l'électromagnétisme ?
#### Quel est le domaine de validité de ces équations ?
------------------>
<br>
------------
<br>
#### Que sont ces 4 équations de Maxwell ?
......@@ -237,7 +246,11 @@ $`\Longrightarrow`$
**$`&nbsp;\mathbf{\displaystyle\;\,\oint_{\,\Gamma\leftrightarrow S} \overrightarrow{B}\cdot\overrightarrow{dl}}`$
$`\;\mathbf{\displaystyle= \mu_0\iint_S \overrightarrow{j}\cdot\overrightarrow{dS} +\mu_0 \epsilon_0\dfrac{d}{dt}\iint_S\overrightarrow{E}\cdot\overrightarrow{dS}}`$**
<br>
------------
<br>
#### Pourquoi parlons-nous de champ électromagnétique ?
......@@ -247,7 +260,11 @@ que **variables, $`\overrightarrow{E}`$ et $`\overrightarrow{B}`$ ne peuvent exi
* Le terme *$`\dfrac{\partial\overrightarrow{B}}{\partial t}\ne 0`$ implique $`\overrightarrow{E}\ne \overrightarrow{0}`$*
* Le terme *$`\dfrac{\partial\overrightarrow{E}}{\partial t}\ne 0`$ implique $`\overrightarrow{B}\ne \overrightarrow{0}`$*
<br>
------------
<br>
#### Que disent les équations de Maxwell sur la conservation de la charge ?
......@@ -412,8 +429,11 @@ contenue dans le volume $`\tau`$, nous obtenons l'**expression intégrale de la
<br>
**$`\mathbf{\displaystyle\oiint_S \overrightarrow{j}\cdot \overrightarrow{dS} +\dfrac{dQ_{int}}{dt}=0}`$**.
<br>
------------
<br>
#### Le champ électromagnétique peut-il céder de l'énergie à la matière ?
......@@ -537,100 +557,137 @@ $`\displaystyle d\mathcal{P}_{cédée} = \sum_{i=1}^p\overrightarrow{j_i}\cdot\
<br>
**$`\large{\displaystyle\mathbf{\mathcal{P}_{cédée} = \iiint_{\Ltau}\big(\overrightarrow{j}\cdot\overrightarrow{E}\big)\,d\tau}}`$**
<br>
------------
<br>
#### Le champ électromagnétique contient-t-il de l'énergie ?
à faire
<br>
------------
<br>
#### Pourquoi parlons-nous d'ondes électromagnétiques ?
##### Equation d'onde
Pour un champ vectoriel $`\overrightarrow{X}(\overrightarrow{r},t)`$, l'équation d'onde de d'Alembert s'écrit :
* Pour un *champ vectoriel $`\overrightarrow{U}(\overrightarrow{r},t)`$*, l'**équation d'onde de d'Alembert** s'écrit :
<br>
**$`\Delta \overrightarrow{U} - \dfrac{1}{\speed^2} \; \dfrac{\partial^2 \;\overrightarrow{U}}{\partial\; t^2}=0`$**
$`\Delta \overrightarrow{X} - \dfrac{1}{\speed^2} \; \dfrac{\partial^2 \;\overrightarrow{X}}{\partial\; t^2}=0`$
* L'expression de l'*opérateur Laplacien vectoriel $`\Delta`$* en fonction des opérateurs $`grad`$, $`div`$ et $`rot`$ est :
<br>
*$`\Delta =\overrightarrow{grad} \left(div\right) - \overrightarrow{rot}\, \left(\overrightarrow{rot}\right)`$*
L'expression de l'opérateur Laplacien vectoriel $`\Delta`$ en fonction des opérateurs $`grad`$, $`div`$ et $`rot`$ est :
* L'**idée** est de *calculer pour chacun des champs $`\overrightarrow{E}`$ et $`\overrightarrow{B}`$*
l'expression de *son Laplacien*, pour voir si une identification avec l'équation d'onde est
réalisée.
$`\Delta =\overrightarrow{grad} \left(div\right) - \overrightarrow{rot}\, \left(\overrightarrow{rot}\right)`$
##### Etude de la composante $`\overrightarrow{E}`$ du champ électromagnétique.
L'idée est de calculer pour chacun des champs $`\overrightarrow{E}`$ et $`\overrightarrow{E}`$
l'expression de son Laplacien, pour voir si une identification avec l'équation d'onde est
réalisée.
Pour établir l'expression $`\;\;\Delta \overrightarrow{E}\;\;`$, je calcule
* Pour **établir l'expression $`\;\;\Delta \overrightarrow{E}`$**, je calcule
$`\;\;\overrightarrow{rot}\left(\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{E}\right)\;\;`$ puis
$`\;\;\overrightarrow{grad} \left(div \overrightarrow{E}\right)\;\;`$ à partir des équations
de Maxwell :
$`\;\;\overrightarrow{grad} \left(div \overrightarrow{E}\right)\;\;`$ *à partir des équations
de Maxwell*.
* $`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right)=
\overrightarrow{rot} \,\left( -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}\right)`$
<br><br>
En physique classique non relativiste, espace et temps sont découplés. Les coordonnées spatiales
\overrightarrow{rot} \,\left( -\dfrac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}\right)`$
<br>
En physique classique, espace et temps sont découplés. Les coordonnées spatiales
et la coordonnée temporelle sont indépendantes. L'ordre de dérivation ou intégration entre
des coordonnées spatiales et la coordonnés temporelle ne change pas le résultat, donc
je peux écrire :
<br><br>
des coordonnées spatiales et la coordonnés temporelle n'importe pas, donc :
<br>
$`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right)=
-\dfrac{\partial}{\partial t} \,\left(\overrightarrow{rot}\overrightarrow{B}\right)`$
<br><br>
<br>
$`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right)=
-\dfrac{\partial}{\partial t} \,\left(\mu_0\;\overrightarrow{j} +
\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}\right)`$
<br><br>
$`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right)
=-\mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t} +
\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2}`$
*$`\overrightarrow{rot} \, \left( \overrightarrow{rot}\,\overrightarrow{E} \right)=-\mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t} +\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2}`$*
<br><br>
* $`\overrightarrow{grad} \left( div \; \overrightarrow{E} \right) = \overrightarrow{grad}\left( \dfrac{\dens}{\epsilon_O} \right)`$
* *$`\overrightarrow{grad} \left( div \; \overrightarrow{E} \right) = \overrightarrow{grad}\left( \dfrac{\dens}{\epsilon_O} \right)`$*
La reconstruction de
$`\Delta \;\overrightarrow{E} =\overrightarrow{grad} \left(div\;\overrightarrow{E}\right) - \overrightarrow{rot}\, \left(\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{E}\right)`$
donne :
$`\Delta \;\overrightarrow{E} = \overrightarrow{grad}\left( \dfrac{\dens}{\epsilon_O} \right) + \mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t} +
\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2}`$
ce qui donne par identification au premier terme de l'équation d'onde :
<br>
$`\mathbf{\Delta \;\overrightarrow{E}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2} = \dfrac{1}{\epsilon_O} \;
\overrightarrow{grad}\left(\dens \right)+ \mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t}}`$
* La reconstruction de
$`\Delta \;\overrightarrow{E} =\overrightarrow{grad} \left(div\;\overrightarrow{E}\right) - \overrightarrow{rot}\, \left(\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{E}\right)`$
donne :
<br>
$`\Delta \;\overrightarrow{E} = \overrightarrow{grad}\left( \dfrac{\dens}{\epsilon_O} \right) + \mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t} +
\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2}`$
<br>
ce qui donne par identification au premier terme de l'équation d'onde :
<br>
**$`\mathbf{\Delta \;\overrightarrow{E}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2} = \dfrac{1}{\epsilon_O} \;
\overrightarrow{grad}\left(\dens \right)+ \mu_0\;\dfrac{\partial \overrightarrow{j}}{\partial t}}`$**
<br>
_(équation de propagation du champ électrique)_
Une étude de forme identique (proposée en autotest dans la partie beyond) me conduirait
pour le champ magnétique $`\overrightarrow{B}`$ à l'équation de propagation :
$`\mathbf{\Delta \overrightarrow{B}-\epsilon_0\mu_0\;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{B}}
{\partial t^2}=-\mu_0\;\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{j}}`$
##### Etude de la composante $`\overrightarrow{B}`$ du champ électromagnétique.
* Une *étude de forme identique* (proposée en autotest dans la partie beyond) me conduirait
pour le champ magnétique $`\overrightarrow{B}`$ à l'équation de propagation :
<br>
**$`\mathbf{\Delta \overrightarrow{B}-\epsilon_0\mu_0\;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{B}}
{\partial t^2}=-\mu_0\;\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{j}}`$**
<br>
_(équation de propagation du champ magnétique)_
##### Équation de propagation dans la matière
...
Elle utilise l'expression
<br>
$`\mathbf{\Delta \overrightarrow{B}-\epsilon_0\mu_0\;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{B}}
{\partial t^2}=-\mu_0\;\overrightarrow{rot}\;\overrightarrow{j}}`$
<br>
et fait l'objet de tout un **développement dans un chapitre ultérieur**.
##### Équation de propagation dans le vide
L'espace vide est caractérisé par une absence de charges, fixes ou en mouvement.
* L'**espace vide** est caractérisé par une absence de charges, fixes ou en mouvement.
La densité volumique de charge $`\dens_{vide}`$ de même que le vecteur densité volumique de courant
$`\overrightarrow{j}_{vide}`$ ont une valeur nulle dans tout l'espace vide,
$`\dens_{vide}=0\quad\text{et}\quad\overrightarrow{j}_{vide}=\overrightarrow{0}`$.
$`\overrightarrow{j}_{vide}`$ ont une valeur nulle dans tout l'espace vide,
<br>
**$`\dens_{vide}=0\quad\text{et}\quad\overrightarrow{j}_{vide}=\overrightarrow{0}`$**.
Dès lors, l'équation de propagation de l'onde électromagnétique dans le vide prend la forme
de l'équation de d'Alembert :
$`\Delta \;\overrightarrow{E}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2} = \overrightarrow{0}`$
* Dès lors, la propagation de l'onde électromagnétique dans le vide s'exprime sous la forme
du système de **deux équations de d'Alembert** :
<br>
**$`\Delta \;\overrightarrow{E}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2} = \overrightarrow{0}`$**
<br>
**$`\Delta \;\overrightarrow{B}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{B}}{\partial t^2} = \overrightarrow{0}`$**
!!!! *Attention* :
!!!!
!!!! Les équations de Maxwell impliquent la propagation du champ électromagnétique.
!!!!
!!!! Mais,
!!!!
!!!! Les deux équations d'onde pour les champs $`\overrightarrow{E}`$ et $`\overrightarrow{B}`$
!!!! n'impliquent pas les équations de Maxwell.
!!!!
!!!! Tout champ $`\overrightarrow{E}`$ qui vérifie
!!!! $`\Delta \;\overrightarrow{E}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{E}}{\partial t^2} = \overrightarrow{0}`$**
!!!!
!!!! et tout champ $`\overrightarrow{B}`$ qui vérifie
!!!! $`\Delta \;\overrightarrow{B}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{B}}{\partial t^2} = \overrightarrow{0}`$**
!!!!
!!!! ne décrivent la propagation d'une onde électromégnétique que si $`\overrightarrow{E}`$ et $`\overrightarrow{B}`$
!!!! vérifient les équations de Maxwell.
$`\Delta \;\overrightarrow{B}-\mu_0 \epsilon_0 \;\dfrac{\partial^2 \overrightarrow{B}}{\partial t^2} = \overrightarrow{0}`$
......
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