En physique, l'énergie du champ électromagnétique est l'énergie stockée dans une certaine région de l'espace par le champ électromagnétique, et est formée par la somme des énergies associées au champ électrique et au champ magnétique.
Cette définition comprend également des cas particuliers de champs électriques purs et magnétiques purs.
Dans les ondes électromagnétiques ces deux grandeurs sont toujours égales et il convient de parler du flux d'énergie transporté par l'onde dans l'unité de temps, à travers une surface, en utilisant le vecteur de Poynting.
L'énergie électromagnétique comprend également l'énergie des ondes électromagnétiques ; pour cette raison, on l'appelle aussi énergie rayonnante.
La densité volumique de cette énergie est la somme des densités volumiques d'énergies des champs électrique et magnétique.
Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?
Les ondes électromagnétiques sont une conséquence des vibrations produites entre les champs magnétiques et électriques. Ils sont également formés par des champs électriques et magnétiques oscillants.
Ces ondes se propagent dans l'espace avec une composante électrique et magnétique. Les champs électrique et magnétique d'une onde sont perpendiculaires entre eux et à la direction de l'onde. Ces composantes oscillent en formant un angle droit l'une à l'autre et à la direction de propagation de l'onde.
L'ensemble des ondes électromagnétiques qui se déplacent à une vitesse constante de 3,00 x 10 8 m/s est appelé rayonnement électromagnétique. Ces ondes peuvent se déplacer à travers d’un milieu de propagation matériel ou dans le vide. Les champs électriques et magnétiques ne peuvent pas dévier leur trajectoire mais ils peuvent présenter des interférences.
Un exemple de source d’ondes électromagnétiques c’est la téléphonie mobile.
Types d'énergie électromagnétique
Il existe différents types d'énergie électromagnétique. Les ondes électromagnétiques sont classées en fonction de leur fréquence et de leur longueur d'onde, c'est-à-dire de leur spectre électromagnétique.
Selon cette classification, il existe les types d'énergie électromagnétique suivants :
Énergie lumineuse
L’énergie lumineuse est une forme d’énergie électromagnétique perceptible par l’œil humain. On le trouve dans une gamme de longueurs d'onde allant d'environ 380 nanomètres (violet) à 750 nanomètres (rouge). Différentes couleurs correspondent à différentes longueurs d'onde et énergies.
Rayonnement ultraviolet (UV)
Le rayonnement ultraviolet se situe juste au-dessus de la gamme de la lumière visible sur le spectre électromagnétique, avec des longueurs d'onde plus courtes que le violet. Il peut être nocif pour la peau humaine en cas d'exposition prolongée et est utilisé dans des applications telles que la stérilisation et la détection de fluorescence.
Rayonnement infrarouge (IR)
Le rayonnement infrarouge est juste en dessous de la plage de la lumière visible, avec des longueurs d'onde plus longues que le rouge. Il est connu pour sa capacité à transmettre la chaleur et est utilisé dans des applications telles que les capteurs de température, les caméras de vision nocturne et les télécommandes.
Four micro onde
Les micro-ondes ont des longueurs d'onde plus longues que le rayonnement infrarouge et sont utilisées dans la technologie de communication par micro-ondes, comme les communications par satellite et les fours à micro-ondes.
Radiofréquence (RF)
Les ondes radiofréquences ont des longueurs d'onde encore plus longues que les micro-ondes et sont utilisées dans diverses applications de communication, de la radio AM/FM aux réseaux sans fil et aux communications mobiles.
Rayons X
Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute énergie dont les longueurs d’onde sont plus courtes que la lumière ultraviolette. Ils sont utilisés dans des applications médicales pour obtenir des images des structures internes du corps et dans diverses applications industrielles et de recherche.
Rayons gamma
Les rayons gamma sont la forme de rayonnement électromagnétique la plus énergétique avec des longueurs d'onde extrêmement courtes. Ils sont utilisés en médecine nucléaire et en recherche nucléaire en raison de leur capacité à pénétrer les matériaux et à détecter les particules subatomiques.
Exemples d'énergie électromagnétique
L'énergie électromagnétique se manifeste à travers de nombreuses sources d'énergie. Certains d'entre eux sont naturels, comme le rayonnement solaire, et d'autres sont d'origine artificielle, comme les fours à micro-ondes.
Voici quelques exemples où l'énergie électromagnétique se manifeste :
Trains à Suspension Magnétique
Ces types de trains sont des trains en lévitation soutenus grâce à la force exercée par de puissants électro aimants. Lorsque ces électroaimants sont alimentés par un courant électrique, l'intensité du champ magnétique augmente, générant une force répulsive entre les wagons et le rail métallique.
Transformateurs électriques
Les transformateurs électriques sont des dispositifs qui permettent de faire varier la tension d'un courant électrique. Il est basé sur deux bobinages (le primaire et le secondaire) constitués d'un fil conducteur enroulé autour d'un noyau de fer.
Lorsqu'un courant alternatif pénètre dans la bobine primaire, il génère un champ magnétique qui active la bobine secondaire. Le champ magnétique reçu par la deuxième bobine génère un courant électrique de sortie.
Si le nombre de tours du fil est différent entre la bobine primaire et secondaire, la tension de sortie est différente.
Les transformateurs électriques sont utilisés pour adapter le courant haute tension qui se transmet par les lignes électriques à la tension utilisée dans nos maisons, par exemple.
Moteurs électriques
Les moteurs sont des dispositifs capables de transformer l'énergie électrique en énergie mécanique, c'est-à-dire en un mouvement. Au cours de ce processus, l'électricité est transformée en énergie électromagnétique par le rotor et le stator.
Le rotor, qui est la partie mobile, est formé de bobines situées entre les pôles d'un aimant permanent situé dans le stator. Le champ électromagnétique généré maintient le rotor en rotation à une vitesse constante.
Générateurs électriques
Ces types d'appareils fonctionnent sur le même principe que les moteurs électriques mais en sens inverse. Dans ce cas, le générateur reçoit un travail mécanique qui fait tourner le rotor, générant un champ électromagnétique à partir duquel l'électricité est obtenue.
Micro-ondes
Les fours à micro-ondes peuvent chauffer les aliments grâce à la génération et à la concentration d'ondes électromagnétiques. Ces ondes sont similaires à celles qui permettent les communications radio.
Cependant, dans ce cas, ils ont une fréquence plus élevée qui transforme les dipôles alimentaires à des vitesses très élevées. Le mouvement de ces particules génère l'énergie cinétique qui chauffe les aliments.
Des concepts basiques
En plus des ondes électromagnétiques, il est nécessaire de connaître certains aspects de base liés à
Charge électrique
La charge électrique est la quantité d'énergie électrique transportée par une particule ou un objet, et c'est une quantité physique qui détermine à quel point la présence d'un champ électromagnétique l'affecte.
Courant électrique
Un courant électrique est généré par le mouvement de charges électriques. Il existe deux types de charges électriques de base : les électrons qui ont une charge négative et les protons qui ont une charge positive.
Magnétisme
Le magnétisme est une force répulsive ou attractive exercée par des particules chargées électriquement les unes sur les autres. Un exemple de magnétisme est le champ magnétique terrestre.
Champ électromagnétique
Le champ électromagnétique est causé par des éléments qui ont une charge électrique qui affecte le comportement d'autres particules chargées dans l'ensemble des champs électriques et magnétiques.
