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Rayonnement et matière

Sigle: S2423, ECTS: 2

Objectifs du cours

Le but de ce cours d'électromagnétisme est d'établir l'origine du rayonnement, de mettre en évidence certaines de ses manifestations, et, surtout, d'étudier ses interactions avec la matière.
Le plan adopté marque trois étapes :

  • l'étude des fondements, en établissant que l'origine du rayonnement est tant dans la propagation à vitesse finie de la lumière (potentiels retardés-) que dans l'accélération des charges (potentiels de Liénard-Wiechert, rayonnement dipolaire-), et en terminant par quelques exemples et conséquences ;
  • l'étude des interactions du rayonnement avec la matière considérée comme un milieu constitué de composants microscopiques discrets (électrons, atomes...), en adoptant successivement une description classique, permettant en particulier de faire apparaître la notion de fonction de structure, puis un point de vue quantique (le rayonnement continuant à être décrit de façon classique) ;
  • l'étude des interactions du rayonnement avec la matière considérée comme un milieu continu, conduisant aux relations de dispersion (perméabilités diélectrique et magnétique, indice optique-) et à la description de la propagation des ondes électromagnétiques dans divers matériaux (métaux, diélectriques, corps anisotropes, plasmas, optique non linéaire-).
La démarche pédagogique est une tentative de compromis entre la rigueur du cheminement logique et la perception intuitive de la réalité physique ; de nombreux exemples concrets sont abordés.

Programme

Têtes de chapitres
RAYONNEMENT - LES FONDEMENTS

  • Éléments de relativité restreinte : Éléments de cinématique relativiste - Les forces en relativité.
  • Origine du rayonnement : Potentiels retardés - Potentiels de Liénard-Wiechert - Approximation dipolaire - Rayonnement dipolaire.
  • Quelques manifestations du rayonnement : Première observation des ondes électromagnétiques- Production et classification des ondes électromagnétiques - Mouvement périodique sinusoïdal - Antennes - Oscillateur amorti - Rayonnement du « corps noir » - Guides d'ondes - Cavités résonnantes - Rayonnement synchrotron - Bremsstrahlung - Rayonnement Chérenkov - Rayonnement d'ondes de gravitation.
INTERACTIONS RAYONNEMENT / MATIÈRE - POINT DE VUE CLASSIQUE
  • Diffusion par un ensemble de charges : Théorie générale - Fonction de structure.
  • Exemples : Diffusion cohérente - Diffusion par un corps homogène - Diffusion par un cristal parfait - Diffusion « Brilloin » - Diffusion incohérente - Diffusion Rayleigh - Diffusion de Mie - Origine microscopique de l'indice optique et de la réflexion et de la réfraction
INTERACTIONS RAYONNEMENT / MATIÈRE - POINT DE VUE QUANTIQUE
  • Perturbations dépendantes du temps - Changement de niveau d'énergie
  • Règles de sélection sur les moments cinétiques - Transitions dipolaires et quadripolaires
  • Moment dipolaire induit par une onde électromagnétique
ÉLECTRODYNAMIQUE DES MILIEUX CONTINUS
  • Électrostatique des diélectriques : Perméabilité et susceptibilité - Lien entre propriétés microscopiques et macroscopiques (formule de Clausius-Mossotti) - Molécules polaires (polarisation d'orientation).
  • Magnétostatique : Perméabilité et susceptibilité - Ordres de grandeur - Le diamagnétisme.
  • Propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu continu : Rôle fondamental de la conservation de la charge électrique - Équations de Maxwell dans la matière - Interprétation physique - Lien entre H, D, E et B - Relations de dispersion.
  • Propagation des ondes dans les diélectriques : Indice complexe - Modèle de Thomson -
  • Propagation des ondes dans les métaux : Équation de propagation des ondes - Réflexion d'ondes électromagnétiques sur les conducteurs - Pression de radiation
  • Propagation de la lumière dans les milieux anisotropes : Constante diélectrique d'un corps anisotrope - La biréfringence (cristaux uniaxes, cristaux biaxes) - Polarisation des ondes réfractées - Application (le « Nicol »).
  • Propagation des ondes électromagnétiques dans un plasma : Notion de plasma - Fréquence plasma - Plasma froid non magnétisé - Plasma froid dans un champ magnétique - Ouverture vers la physique des plasmas.
  • Optique non linéaire : Définition - Modélisation - Doublement de fréquence - Effet Kerr optique - Interprétation quantique - Solitons.
ANNEXES
  • Équations de Maxwell - Transformation de Lorentz - Le principe de « moindre action ».

Equipe pédagogique

Responsable(s)
Thierry FRANCOIS

Chargé(s) d'enseignement

Sigle S2423
Année 2ème année
Niveau Graduate 1st year
Crédits ECTS 2
Coefficient 2
Nb. d'heures 26
Nb. de séances 21
Type de cours Enseignement spécialisé
Semestre 3
Période Automne
Domaines
  • Physique
Dernière mise à jour:
20 Jun 2017 10:25 par julien