Qu'est-ce que la théorie des ondes électromagnétiques?
Le concept connu sous le nom de théorie des ondes électromagnétiques est né des travaux de James Clerk Maxwell et Heinrich Hertz. Selon les équations électriques et magnétiques proposées par Maxwell, les champs électromagnétiques ressemblent à une onde, à la fois en structure et en action. Les ondes électromagnétiques coïncident avec la mesure de la vitesse de la lumière, faisant de la lumière une onde électromagnétique elle-même.
Les champs électriques varient dans l'espace et génèrent un champ magnétique qui varie dans le temps. De même, les champs magnétiques feront de même pour les champs électriques, ce qui permettra aux deux concepts de fonctionner à l'unisson. Ensemble, les deux champs vont osciller et créer une onde électromagnétique.
Les propriétés physiques de la théorie des ondes électromagnétiques prennent la forme d'électrodynamique. Cette facette de la théorie signifie que tout champ électromagnétique présent dans le même espace est considéré comme un champ vectoriel, une onde de direction et de longueur. En tant que tel, il peut fusionner avec d'autres champs de vecteurs. Par exemple, lorsqu'une onde électromagnétique a un impact sur une molécule, les atomes de cette molécule commencent à osciller, émettant leurs propres ondes électromagnétiques, impactant ainsi l'onde d'origine. Selon la théorie des ondes électromagnétiques, cela provoquera une réfraction, un changement de vitesse, ou une diffraction, un changement de longueur d'onde.
Puisque la lumière est un type d’onde électromagnétique, la théorie détermine que l’oscillation de la lumière ne peut pas être affectée par d’autres champs statiques électriques ou magnétiques. Cependant, les interactions entre certains événements extérieurs, tels que la lumière traversant un cristal, peuvent avoir un effet. Selon la théorie des ondes électromagnétiques, les champs magnétiques qui impactent la lumière provoquent l’effet Faraday et les champs électriques qui affectent la lumière provoquent l’effet Kerr, une réduction de la vitesse des ondes lumineuses.
La fréquence est un aspect très important de la théorie des ondes électromagnétiques. L'oscillation de l'onde est mesurée par hertz, l'unité de fréquence. Un hertz est égal à une oscillation par seconde. Lorsqu'une onde électromagnétique, comme dans le cas de la lumière, crée des ondes à différentes fréquences, elle est considérée comme un spectre.
Les petites particules d'énergie appelées photons sont les unités de base du rayonnement électromagnétique. Au fur et à mesure que les photons voyagent, l'onde suit et crée une fréquence proportionnelle à la particule. Les photons sont absorbés par les atomes, qui à leur tour excitent les électrons. Lorsque l'électron atteint un niveau d'énergie suffisant, il échappe à l'attraction positive du noyau. Si le niveau d'énergie électronique diminue, un photon de lumière est émis.
La théorie des ondes électromagnétiques stipule que toute accélération d'une charge électrique ou toute modification du champ magnétique produit un rayonnement. Ce rayonnement peut prendre la forme d'une onde ou d'une particule. La vitesse, la longueur d'onde et la fréquence sont les facteurs associés aux ondes. Les particules contiennent une énergie individualisée égale à la fréquence. Quel que soit le type, le rayonnement électromagnétique se déplace à la vitesse de la lumière dans le vide. Ce fait incita Albert Einstein à établir la théorie de la relativité.