#6.  Ondes électromagnétiques

    Les forces électriques naturelles ont deux sources. D'abord, l'attraction ou la répulsion entre charges électriques (+) et (-). Cela peut servir à définir l'unité de charge électrique. Cette force -- unité étant, par exemple, celle qui repousse une charge à la distance, de 1 mètre. (les formules réelles sont plus précises).

    Mais aussi, l'attraction et la répulsion des courants électriques parallèles. On peut alors définir l' unité de courant, comme étant celle qui, parcourant un fil rectiligne, attire, pour chaque longueur d'un mètre, un courant identique dans un fil parallèle situé à 1 mètre. Cette force est alors dite force -- unité.

    Mais courant électrique et charge dépendent directement l'un de l'autre! Nous pourrions aussi bien avoir défini l'unité du courant à partir de celle de la charge - Par exemple, comme étant le courant avec lequel une unité de charge traverse chaque seconde une quelconque section du fil. Cette deuxième définition est tout à fait différente, et si on utilise les mètres et les secondes dans toutes ces définitions, le rapport de ces deux unités de courant s'avère être la vitesse de la lumière, 300.000.000 mètres par seconde.

    Au temps de Faraday la vitesse de la lumière était connue, mais pas aussi exactement qu' aujourd'hui. Elle avait été calculée pour la première fois vers 1676 par Ole (Olaus) Roemer, un astronome danois travaillant à Paris. Roemer essayait de prévoir les éclipses de Io, un satellite - lune de Jupiter (mentionné plus loin ici dans un contexte tout à fait différent) et il trouvait un décalage entre les heures réelles et les heures prévues des éclipses, en plus ou en moins selon la position de la terre par rapport au soleil. Il en a correctement établi la raison : quand la terre se déplace sur son orbite, sa distance à Jupiter varie en plus ou en moins, et il faut à la lumière quelques heures supplémentaires pour couvrir la distance additionnelle.

Mais comment comprendre cette relation entre électricité et lumière ?

    Rappelez-vous l'idée de Faraday, le concept "de champ magnétique" - Y a t'il des modifications dans l' espace là où s'observent des forces magnétiques ? Faraday avait montré également qu'un champ magnétique qui variait en fonction du temps -- comme celui d'un courant alternatif (AC) - pouvait produire des courants électriques, si (par exemple) des fils de cuivre étaient placés de façon appropriée. C'était l' "induction magnétique," phénomène à la base des transformateurs électriques.

    Ainsi, les champs magnétiques peuvent produire des courants électriques, et nous savons déjà que les courants électriques produisent des champs magnétiques. Peut-être pourrait-on envisager que l'espace soit le support commun des échanges de ces ondes ? Quelque chose comme :

    Avec cette restriction (le "déplacement du courant "), les équations de l'électricité et du magnétisme néscessitent une onde se déplacant à la vitesse de la lumière. Le schéma ci-dessous représente cette onde-- la partie magnétique est verte, la partie électrique est bleue -- la limite de Maxwell leur est commune. La propagation de l'onde n'est tracée que selon une droite. En fait elle remplit l'espace, mais c'est assez difficile à le dessiner.

Onde électromagnétique (voir le texte ci-dessus)

    Maxwell suggéra que cette onde était la lumière. Il avait déjà inopinément établi, comme dit plus haut, que la vitesse de la lumière apparaissait dans les équations de l'électricité et du magnétisme -- et les études ultérieures l'ont confirmé. Si, par exemple, un faisceau de lumière frappe une face d'un prisme en verre, seule une partie en atteint l'autre coté. La théorie de Maxwell avait correctement prévu les propriétés du faisceau reflété.

    Heinrich Hertz, en Allemagne, montra alors qu'un courant électrique parcourant un fil dans les deux sens ( ce qui s'appellerait maintenant une "antenne") peut être à l'origine de ces ondes. (Ce courant produit également un champ magnétique selon la loi d'Ampère, mais qui diminue rapidement avec la distance.) Les étincelles électriques créent aussi ce type de courants en va at vient quand elles traversent un l'espace vide d'où le crépitement provoqué par la foudre en radio AM. - D'ailleurs Hertz a utilisé en 1886 ce type d'étincelles pour envoyer un signal -radio à travers son laboratoire. Plus tard l' italien Marconi a développé la gamme de réception par radio, avec des détecteurs plus sensibles, et en 1903 a récupéré à Cape Cod, Massachussets, des signaux en provenance d'Europe.

    On pensa que le filament d'une ampoule électrique émettait de la lumière parce que sa chaleur faisait rapidement rebondir les électrons dans les deux sens, les transformant en une minuscule antenne. Cependant, en essayant de développer cette idée les physiciens se rendirent compte que les lois naturelles habituelles devaient être modifiées s'il s'agissait de l'échelle atomiques. Ce fut les débuts de la théorie des quanta.

    Peu à peu on a découvrit d'autres ondes électromagnétiques. La nature ondulatoire des couleurs différentes fait qu'elles se reflétent différemment à travers sur surface aux rayures parallèles - C'est pourquoi un disque laser (pour la musique ou l'ordinateur) reflète toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Les rangées bien ordonnées des atomes d' un cristal forment également des lignes parallèles, beaucoup moins espacées, et se sont avérés avoir le même effet sur les rayons X, ce qui démontre que ceux-ci sont également des ondes électromagnétiques, comme la lumière, mais de longueur d'onde beaucoup plus courte. Plus tard on a constaté qu'à l'intérieur d'un tube à vide les faisceaux d'électrons peuvent devenir instables dans un champ magnétique, et émettre des ondes plus longtemps que la lumière : ce tube "magnétron" devint un radar top-secret au cours de la seconde guerre mondiale, et ultérieurement fut à la base du four à micro-ondes.

    Les ondes électromagnétiques ont conduit à la radio et à la télévision, et à la gigantesque industrie électronique. Mais elles sont également développées dans l'espace -- par les faisceaux d'électrons instables de la magnétosphère, aussi bien que du soleil et de l'univers lointain, nous renseignant sur les particules énergétiques de l'espace éloigné ou bien nous taquinant avec des mystères non définis. Vous plus de renseigements, voyez la section sur les particules de très haute énergie.