Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique?
Le terme onde électromagnétique décrit la façon dont le rayonnement électromagnétique se déplace dans l'espace. Les différentes formes de DME se distinguent par leurs longueurs d'onde, qui varient de plusieurs mètres à une distance inférieure au diamètre d'un noyau atomique. La gamme complète, par ordre décroissant de longueur d'onde, va des ondes radio aux micro-ondes, à la lumière visible, aux rayons ultraviolets et X aux rayons gamma. Elle s'appelle spectre électromagnétique. Les ondes électromagnétiques ont de nombreuses applications, tant dans la science que dans la vie quotidienne.
Les ondes lumineuses
À bien des égards, une onde électromagnétique se comporte de la même manière que des ondulations sur l’eau ou des sons se propageant dans un milieu tel que l’air. Par exemple, si une lumière est projetée sur un écran à travers une barrière avec deux fentes étroites, un motif de bandes claires et sombres est visible. C'est ce qu'on appelle un modèle d'interférence: là où les crêtes des vagues d'une fente rencontrent celles de l'autre, elles se renforcent mutuellement, formant une bande lumineuse, mais lorsqu'une crête rencontre un creux, elles s'annulent en laissant une bande sombre. La lumière peut également se plier autour d'un obstacle, comme les briseurs d'océan autour d'un mur de port: c'est ce qu'on appelle la diffraction. Ces phénomènes fournissent des preuves de la nature de la lumière en forme de vague.
On a longtemps supposé que, comme le son, la lumière devait transiter par un moyen quelconque. Ceci a été appelé le mot "éther", parfois orthographié "l'éther", et a été pensé pour être un matériel invisible qui remplit l'espace, mais par lequel les objets solides pourraient passer sans entrave. Les expériences conçues pour détecter l'éther par son effet sur la vitesse de la lumière dans différentes directions n'ont pas permis de trouver la moindre preuve, et l'idée a finalement été rejetée. Il était évident que la lumière, ainsi que d'autres formes de DME, ne nécessitaient aucun support et pouvaient voyager à travers un espace vide.
Longueur d'onde et fréquence
Tout comme une vague océanique, une onde électromagnétique a des pics et des creux. La longueur d'onde est la distance entre deux points identiques de la vague d'un cycle à l'autre, par exemple la distance entre un pic ou une crête et le suivant. Le DME peut également être défini en fonction de sa fréquence, qui correspond au nombre de crêtes qui passent dans un intervalle de temps donné. Toutes les formes de DME voyagent à la même vitesse: la vitesse de la lumière. Par conséquent, la fréquence dépend entièrement de la longueur d'onde: plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence est élevée.
Énergie
Longueur d'onde plus courte, ou fréquence plus élevée, les EMR transportent plus d'énergie que les longueurs d'onde plus longues ou les fréquences plus basses. L'énergie transportée par une onde électromagnétique détermine la manière dont elle affecte la matière. Les ondes radioélectriques à basse fréquence perturbent légèrement les atomes et les molécules, tandis que les micro-ondes les poussent à se déplacer plus vigoureusement: le matériau se réchauffe. Les rayons X et les rayons gamma sont beaucoup plus percutants: ils peuvent rompre les liaisons chimiques et renverser les électrons des atomes, formant ainsi des ions. Pour cette raison, ils sont décrits comme des rayonnements ionisants.
L'origine des ondes électromagnétiques
La relation entre la lumière et l'électromagnétisme a été établie par les travaux du physicien James Clerk Maxwell au 19ème siècle. Cela a conduit à l'étude de l'électrodynamique, dans laquelle les ondes électromagnétiques, telles que la lumière, sont considérées comme des perturbations, ou «ondulations», dans un champ électromagnétique créé par le mouvement de particules chargées électriquement. Contrairement à l'éther inexistant, le champ électromagnétique est simplement la sphère d'influence d'une particule chargée et non une chose matérielle tangible.
Des travaux ultérieurs, au début du XXe siècle, ont montré que les DME avaient également des propriétés analogues à celles des particules. Les particules qui constituent le rayonnement électromagnétique sont appelées photons . Bien qu’il semble contradictoire, les DME peuvent se comporter comme des vagues ou des particules, selon le type d’expérience réalisé. Ceci est connu comme la dualité onde-particule. Cela s'applique également aux particules subatomiques, aux atomes entiers et même aux molécules assez grandes, qui peuvent toutes se comporter parfois comme des ondes.
La dualité onde-particule est apparue alors que la théorie quantique était en cours de développement. Selon cette théorie, l '"onde" représente la probabilité de trouver une particule, telle qu'un photon, à un endroit donné. La nature ondulatoire des particules et la nature particulaire des ondes ont donné lieu à de nombreux débats scientifiques et à des idées ahurissantes, mais pas de consensus général sur ce que cela signifie réellement.
En théorie quantique, un rayonnement électromagnétique est produit lorsque des particules subatomiques libèrent de l'énergie. Par exemple, un électron dans un atome peut absorber de l'énergie, mais il doit éventuellement chuter à un niveau d'énergie inférieur et libérer de l'énergie sous forme de REM. En fonction de la manière dont il est observé, ce rayonnement peut apparaître sous la forme d'une particule ou d'une onde électromagnétique.
Les usages
Une grande partie de la technologie moderne dépend des ondes électromagnétiques. La radio, la télévision, les téléphones mobiles et Internet dépendent de la transmission du DME radioélectrique par le biais de câbles aériens, spatiaux ou à fibres optiques. Les lasers utilisés pour enregistrer et lire des DVD et des CD audio utilisent des ondes lumineuses pour écrire et lire sur les disques. Les appareils à rayons X sont un outil essentiel pour la sécurité des médicaments et des aéroports. En science, notre connaissance de l'univers provient en grande partie de l'analyse de la lumière, des ondes radio et des rayons X provenant d'étoiles et de galaxies lointaines.
Dangers
On ne pense pas que les ondes électromagnétiques à basse énergie, telles que les ondes radio, soient nocives. Aux énergies plus élevées, cependant, les DME présentent des risques. Les rayonnements ionisants, tels que les rayons X et les rayons gamma, peuvent tuer ou endommager les cellules vivantes. Ils peuvent également altérer l'ADN, ce qui peut conduire au cancer. Le risque que représentent les rayons X médicaux pour les patients est considéré comme négligeable, mais les radiographes, qui y sont exposés régulièrement, portent des tabliers en plomb - que les rayons X ne peuvent pas pénétrer - pour se protéger. La lumière ultraviolette, présente au soleil, peut provoquer un coup de soleil et peut également causer un cancer de la peau si l'exposition est excessive.