1. Les ondes électromagnétiques

1. Définition

Une onde électromagnétique est composée d’un champ électrique et d’un champ magnétique qui se propagent tous deux à la même vitesse. Dans le vide, les ondes électromagnétiques se propagent à la célérité de la lumière : c=3.10⁸ m.s^-1. Les ondes électromagnétiques n’ont pas besoin de support matériel pour se propager. On observe des phénomènes de diffraction, d’interférence, elles se réfléchissent et se réfractent comme les ondes lumineuses ce qui montre que les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques.

1. Quel est le domaine de longueurs d’ondes l des ondes lumineuses ? En déduire le domaine de fréquence des ondes lumineuses dans le vide.

Les ondes hertziennes, utilisés dans le domaine de la radio, la télévision, la téléphonie mobile sont également des ondes électromagnétiques.

2. Les ondes hertziennes ont leurs fréquences comprises entre 300 kHz et 300 GHz. Calculer leurs domaines de longueurs d’ondes.

1. Classification des ondes électromagnétiques

Compléter le document ci-dessous en indiquant à chaque domaine les type d’ondes électromagnétiques suivants : infra-rouge, rayon X, ultra-violet, ondes hertzienne, rayon g et visible.

Les ondes hertziennes sont utilisées dans les télécommunications. Leurs domaines de fréquences est indiqué par le document suivant :

1. Réception et émission d’ondes électromagnétiques par voie hertzienne

On souhaite mettre en évidence l’existence d’ondes électromagnétiques dans notre environnement. Réaliser pour cela l’expérience suivante :

• Mettre l'oscilloscope sous tension puis régler les zéros des deux voies.
• Sélectionner la voie 1 puis une vitesse de balayage de 10 ms / div.
• Connecter un fil conducteur de 1 m sur la voie 1 (pas de fil connecté à la masse). Modifier la sensibilité verticale pour amplifier le signal.
• Observer le signal obtenu. Calculer sa période puis sa fréquence.
• Le signal complexe observé résulte de la superposition de signaux sinusoïdaux. Quel signal de période facilement identifiable retrouve-t-on dans celui-ci ?
• Quel nom donnez-vous au fil " volant " branché sur l’entrée de l’oscilloscope.

• Régler le GBF sur un signal alternatif sinusoïdal, de fréquence 5 kHz.
• Visualiser cette tension à l’oscilloscope puis à partir de zéro augmenter l’amplitude (bouton level) jusqu’à 6 V
• Débrancher les 2 fils du GBF de l’oscilloscope.
• Connecter un fil conducteur de longueur 1 m sur la sortie du GBF (pas de fil connecté à la masse) puis un autre fil d’un mètre de longueur sur la sortie de l’oscilloscope. Les deux fils (GBF et oscilloscope) doivent être parallèles et proches (quelques centimètres). 
• Montrer que le signal capté par l'antenne réceptrice branchée sur l’oscilloscope capte bien un signal de même fréquence que celui émis par le GBF.
• Mesurer l’amplitude du signal reçu. La comparer à celle du signal émis.
• Eloigner l’antenne réceptrice. Observer puis noter les modifications du signal reçu par l’antenne.
• Changer la fréquence du signal émis par le GBF et observer les effets sur le signal reçu.
• Quelles conclusions peut-on tirer de ces manipulations ?

1. Filtrage

1. Réalisation pratique

• Régler le GBF pour qu’il délivre une tension sinusoïdale de fréquence f= 2 Mhz et d’amplitude U_M= 6V. Visualiser sa tension sur la voie 1 de l’oscilloscope

• Réaliser le circuit électrique ci-cdessous. Visualiser la tension aux bornes de la résistance sur la voie 1 de l’oscilloscope
• Modifier la fréquence du GBF de 2 MHz à 100 Hz.
• Justifier le nom de " filtre passe haut " donné à ce montage.

2. Application 

1. filtrage d’un signal de basse fréquence

Deus signaux de fréquence différente (l’un de 1 Mhz et l’autre de 100 Hz) se propage dans l’air. Comment éliminer sur une antenne réceptrice le signal de basse fréquence ?

2. filtrage d’une tension continue.

• Régler le GBF pour qu’il délivre une tension sinusoïdale de fréquence f= 2 Mhz et d’amplitude U_M= 2V. Visualiser sa tension sur la voie 1 de l’oscilloscope (régler en position DC)
• Rajouter sur ce signal une tension continue de 2 V en utilisant le bouton Offset (tirer puis tourner le bouton)
• Appliquer la tension du GBF aux bornes du circuit RC précédent (tout en gardant le signal sur la voie 1 de l’oscilloscope)
• Visualiser sur la voie 2 de l’oscilloscope (régler en position DC) la tension aux bornes de la résistance. Que fait le filtre RC ? Interpréter.
• Régler la voie 1 de l’oscilloscope sur la position AC. Que se passe-t-il ? Que réalise-t-on quand on passe en position AC sur l’oscilloscope ?

Elèves :

• Un oscilloscope
• Un GBF
• Une résistance R=1 kW
• Une condensateur C=10 nF

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Bénédicte COLLIAU et  

Professeurs de sciences-physiques

Lycée Augustin Thierry 41000 Blois