Ondes électromagnétiques dans l’habitat Chapitre 4
I-Définition d’une onde Une onde est une perturbation qui se propage. Elle transporte de l’énergie sans transporter la matière.
On observe 2 grandes familles : Les ondes matérielles : nécessite un milieu matériel pour se propager. Ex: Ondes sonores ; onde à la surface de l’eau…
Les ondes électromagnétiques : se propage dans le vide sans la nécessité d’un milieu matériel
II - Onde électromagnétique 1- Structure d’une OEM
Onde électromagnétique : est une onde transversale formée par un champ magnétique B et un champ électrique E perpendiculaires entre eux, et perpendiculaires à la direction de propagation.
Les ondes électromagnétiques(OEM) se propagent dans le vide, dans l’air, dans l’eau et dans d’autres milieux avec une vitesse de propagation appelée célérité c. • Dans le vide et dans l’air la célérité des OEM est de 3.108 ms-1. • Dans les autres milieux de propagation, la célérité des OEM dépend des propriétés physiques de ces milieux et sa valeur est inférieure à celle dans le vide
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Les deux champs E et B : sont périodiques dans le temps (période temporelle T) et dans l’espace (période spatiale ) ; ont la même fréquence f ( f=1/T) et la même longueur d’onde ; sont en phase : ils atteignent leurs valeurs maximales, minimales et s’annulent en même temps ; L’intensité du champ électrique se mesure en volts/mètre (V/m) et celle du champ magnétique B se mesure en Tesla (T).
2- Grandeurs physiques Une onde est caractérisée par sa fréquence , sa longueur d’onde et son amplitude. Longueur d’onde : distance parcourue par l’onde pendant le temps d’une période T
c T
célérité (m/s) longueur d’onde (m) période (s) fréquence = 1/T (Hz)
s s s
3- Spectre électromagnétique
4- Polarisation Polarisation linéaire horizontale Polarisation linéaire verticale (radio) (TNT)
Une onde électromagnétique est polarisée linéairement si le champ électrique E est émis selon une direction invariante.
Pour recevoir correctement une onde polarisée linéairement, il faut utiliser une antenne réceptrice disposée dans la même direction.
Pour une polarisation elliptique, en chaque point, le vecteur E tourne ; son extrémité décrit une ellipse.
3- Réflexion, absorption et transmission de OEM
σ, α, ρ : coefficient de transmission, d’absorption et de réflexion
Conservation de l’énergie
III - Onde électromagnétique et communication 1- Bandes de fréquence utilisées dans les communications
2- Sources rayonnant des OEM hertziennes Tout conducteur parcouru par des courants variables rayonne des ondes électromagnétiques hertziennes : Appareil électrique ou électronique, Antenne, Téléphone portable Fonctionnement d’une antenne: L’oscillateur fait vibrer les électrons de l’antenne verticalement. Il s’en suit un rayonnement dans toutes les directions de l’espace La détection se fait par le principe inverse
3- Puissance rayonnée et champ électrique d’une onde électromagnétique La puissance rayonnée P par unité de surface à une d d’une antenne de puissance d’émission P0 , et rayonnant de la même façon dans toutes les directions, est donnée par: P0: puissance d’émission en W d : la distance à la source (m) Exercice d’application : Une antenne d’une puissance d’émission de 10W rayonne de la même façon dans toutes les directions. Calculer la puissance rayonnée par unité de surface à une distance de 1m et de 10m.
A une distance d de l’antenne émettrice, l’intensité du champ électrique est liée à la puissance rayonnée par la relation :
La mesure de l'intensité du champ électrique E s’effectue par un champmètre. (en V/m ou décibel par rapport au microvolt par mètre (dBµV/m). )
4- Transmission d’informations par modulation d’une tension Les informations transmises par ondes hertziennes subissent: - Un amortissement important et donc une faible portée ; - Une sensibilité aux signaux parasites ; Des antennes de dimensions trop importantes. Pour remédier à ces problèmes, on réalise une modulation.
Pour remédier à ces problèmes, on réalise une modulation qui consiste à coupler un signal de haute fréquence (HF) (support) avec un signal de basse fréquence (BF) (information à transmettre). Le signal de haute fréquence est appelé onde porteuse ou « porteuse », le signal de basse fréquence est appelé signal modulant.
Exemple 1 : transmission de l’information par modulation d’amplitude.
Exemple 2 : transmission de l’information par modulation de fréquence
Ce type de modulation est utilisé pour les émissions de radio et de télévision.
Le premier signal est le signal modulant, le deuxième la porteuse et le troisième, le signal modulé. Nous sommes dans le cas d’une modulation d’amplitude.