Propagation des ondes
électromagnétiques par voie hertzienne
- Les ondes électromagnétiques
- 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.
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.
Les ondes hertziennes ont leurs fréquences comprises entre 300 kHz et 300
GHz. Calculer leurs domaines de longueurs d’ondes.
- 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 :

- Réception et émission d’ondes électromagnétiques par voie hertzienne
1) Réception des ondes traversant la salle.
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.
2) Emission et réception de nos propres ondes.
- 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 ?
- Filtrage
Réalisation pratique
- Régler le GBF pour qu’il délivre une tension sinusoïdale de
fréquence f= 2 Mhz et d’amplitude UM= 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.

- Application
- 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 ?
filtrage d’une tension continue.
- Régler le GBF pour qu’il délivre une tension sinusoïdale de
fréquence f= 2 Mhz et d’amplitude UM= 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 ?
MATERIEL
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