EM : Pourquoi l’expérience de Hertz fut capitale ? (Suite)

Dans l’article EM : Pourquoi l’expérience de Hertz fut capitale ? j’ai parlé de l’expérience d’Hertz qui confirme les prédictions de Maxwell sur les ondes électromagnétiques, dans cet article, je vais poursuivre avec l’expérience de Hertz. Hertz, en effet, utilisa une source alternative de courant et ce, pour que les électrons (porteurs de charge) changent constamment de sens, ainsi créant sans cesse une variation de l’intensité du courant.

Pour rappel, une variation du courant électrique, génère un champ magnétique et une variation de champ magnétique génère un champ électrique induit. Ainsi, les ondes électromagnétiques sont issues des variations de champs magnétiques et électriques.

Hertz utilisa également un circuit LC (connu des électroniciens comme un circuit contenant un condensateur C et une bobine L). Dans cet article, je vais aborder en détail ce circuit. Un condensateur est un composant qui permet d’emmagasiner des charges électriques, donc de l’énergie électrostatique, c’est comme on emmagasine de l’eau dans un château d’eau.

La bobine est une sorte de tuyau qui permet de faire passer le courant ou dans le cas d’un château d’eau, l’eau. Plus gros et plus court le tuyau, plus important le débit (ou le courant), plus long et plus étroit le tuyau, moins le débit sera important.

Supposons que nous avons deux châteaux d’eau qui sont reliés à l’aide d’un tuyau et un robinet qui arrête l’écoulement de l’eau dans les deux. Un château d’eau est placé en hauteur par rapport à l’autre de manière à ce qu’une fois, le robinet ouvert, l’eau s’écoule entre les deux.

Dans un circuit LC (en négligeant la résistance qui se manifeste par un échauffement des équipements du circuit), si le condensateur est chargé à son maximum, et que l’on ferme le circuit (cela revient à ouvrir le robinet), le courant va se mettre à circuler à travers la bobine.

Cela revient à nos deux châteaux d’eau reliés par le dispositif décrit ci-dessus, lorsque l’on ouvre le tuyau d’évacuation du château d’eau placé en hauteur par rapport à l’autre, l’eau s’écoule. L’écoulement de l’eau (ou dans un circuit LC) fait perdre l’énergie potentielle (ou dans le cas du condensateur, l’énergie électrique ou électrostatique) du premier château d’eau au profit du second.

Une fois l’équilibre du niveau d’eau établi dans les deux châteaux d’eau, il suffit d’abaisser le premier château d’eau par rapport au second ou à l’inverse, monter le second par rapport à l’autre, pour qu’il y a un écoulement de nouveau. Ce mécanisme permet de faire osciller indéfiniment le phénomène de l’écoulement d’eau entre les deux châteaux d’eau, ainsi on a créé un dispositif oscillant, permettant un écoulement continu d’eau d’un château d’eau vers un autre et vice versa.

Eh bien, dans le cas du circuit LC, cela revient à décharger le condensateur et puis le recharger pour de nouveau le décharger et ainsi de suite. En supposant qu’il n’y ait pas de perte d’énergie, alors, le circuit oscille comme pour un pendule, entre la charge et la décharge du condensateur.

La bobine permet de simuler le tuyau d’eau, en effet, lorsque le courant traverse la bobine, il y a variation de courant (de zéro courant à courant max détenu dans le condensateur qui se décharge progressivement) et par conséquent, comme il y a un courant variable, il y a création de champ magnétique et donc un courant électrique induit qui vient s’ajouter au courant du à la décharge du condensateur, ce courant induit permet de charger de nouveau le condensateur, comme pour le second château qui se remplit d’eau à l’aide du vidage du premier.

La seconde fonctionne de la bobine permet de recharger le condensateur, bien évidemment, en réalité, il y a perte d’énergie et au bout d’un certain temps, le phénomène d’oscillation s’arrête, cela revient à imaginer que le tuyau reliant les deux château d’eau fuit, ce qui cause une perte de quantité d’eau à chaque oscillation, donc d’énergie (potentielle).

Afin de comprendre qu’est ce l’énergie potentielle, imaginez vous perché sur un arbre à 3 mètres au-dessus du sol, vous avez emmagasiné de l’énergie potentielle (cela à cause de la loi de la gravitation), pour perdre cette énergie, il vous suffit de vous jeter, votre arrivée sur le sol dépensera cette énergie potentielle en le communiquant au sol sous forme d’énergie cinétique (ou de mouvement).

L’énergie électrostatique contenue dans un condensateur ressemble à celle (potentielle) contenue dans un corps perché à trois mètres. Lorsque l’on ferme le circuit électrique (donc on crée une différence de potentiel, comme pour la gravitation), cela revient à laisser tomber l’objet, les électrons se déplacent d’une borne du condensateur vers l’autre borne (de celui-ci). Pour ce qui est de la bobine, on peut la voir comme un accélérateur ou catalyseur de mouvement des électrons et ce grâce au courant induit.

Des circuits LC ou RLC (avec la prise en compte de la perte d’énergie), il y en a tout plein dans la vie de tous les jours, nos ordinateurs, téléviseurs, radios etc. en sont bourrés.

=> EM : Pourquoi l’expérience de Hertz fut capitale ? (Suite et Fin)


Les vues présentées sont les miennes et peuvent évoluer sans qu’il soit nécessaire de faire une mise à jour dans l’article même. Il se pourrait que j’apporte des rectifications ou évolutions dans l’avenir dans un autre article, si de nouveaux éléments viennent contredire mes propos. Les articles présentés ne constituent en rien une invitation à suivre aveuglement.

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