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Ondes électromagnétiques
Bonjour,
L'effet de peau indique que plus la fréquence de l'onde est élevée, moins elle va pouvoir pénétrer dans un matériau conducteur.
Mais les rayons X ou gamma traversent beaucoup plus un bloc de béton par exemple que les ondes radio (utilisation pour les IRM par exemple), alors pourquoi c'est pas pareil dans le cuivre qui est très conducteur ?
Pour les rayons X et gamma, la longueur d'onde est du même ordre ou même inférieure aux distances entre noyaux du solide. Un peu comme une grille métallique vis à vis d'une onde électromagnétique hertzienne. Si la taille des mailles est nettement inférieure à la longueur d'onde, la grille se comporte sensiblement comme un miroir. Sinon, l'onde traverse la grille, des phénomènes de diffraction interviennent.
Pour les rayons X et gamma, la situation est encore plus compliquée : l'énergie d'un photon devient du même ordre de grandeur voire même supérieure aux énergies de liaison des électrons aux noyaux atomiques. Les propriétés corpusculaires du rayonnement sont prépondérantes face aux propriétés ondulatoires. Rappelle-toi les hypothèses faites en électromagnétisme classique pour étudier la propagation d'une onde électromagnétique.
On a supposé que la lumière était une onde électromagnétique. C'est donc parce que l'énergie des rayons gamma est si importante que on ne peut plus négliger l'aspect corpusculaire des ondes?
Pourquoi les rayons gamma ils seraient plus réfléchis par un milieu conducteur que les ondes radios, et les ondes radios traversent moins bien les milieux non conducteur que les rayons gamma? Parce que si l'espace entre les noyaux est assez petit pour que les rayons gamma soient réfléchis, alors les ondes de longueur d'onde plus grande sont d'autant plus réfléchies car elles passent encrore moins! et c'est le contraire qui est montré par les équations de Maxwell (par l'effet de peau des conducteurs).
Dans l'étude de l'effet de peau on néglige le second terme de l'équation de Maxwell qui est le courant de déplacement en disant que la perméabilité du vide multiplié par la dérivée partielle du champ électrique par rapport au temps est négligeable par rapport à la densité de charges.
En fait,pourquoi dans un milieu parfaitement conducteur les ondes électromagnétiques ne le traversent pas ? Parce que j (le courant volumique) est nul et la conductivité tend vers +infini ça fait une forme indétermintée
C'est donc parce que l'énergie des rayons gamma est si importante que on ne peut plus négliger l'aspect corpusculaire des ondes?
Oui et aussi, mais cela va avec, parce que leurs longueurs d'onde ne sont pas très grandes devant les distances entre les noyaux, elles sont même souvent bien plus petites. Dans ces conditions, impossible d'utiliser l'électromagnétisme (les équations de Maxwell en particulier) comme tu as appris à le faire et comme tu le rappelles dans ton message précédent. Les théories que tu rappelles utilisent des grandeurs locales (vecteurs champ, densité de charge, densité de courant...) qui sont définies à un instant donnée comme des valeurs moyennes sur un volume élémentaire d
choisi petit à l'échelle macroscopique pour que le calcul intégral soit possible mais grand à l'échelle atomique de façon que ces grandeurs intensives soient fonctions continues des coordonnées d'espace.
Pour bien me faire comprendre : imagine un volume élémentaire assimilable à un petit cube d'arête de longueur inférieure au rayon atomique. Selon que ce volume élémentaire contient un noyau atomique ou pas, la masse volumique et la densité de chargent varient brutalement d'une valeur nulle à une valeur très grande. Il faut donc choisir un volume élémentaire qui contient un grand nombre d'atomes et raisonner sur les valeurs moyennes.
Bien sûr, la longueur de l'arête du cube élémentaire doit être très petite devant la longueur d'onde ; ce qui est impossible à obtenir avec les rayons X et
.
Avec ces rayonnements, la théorie sur l'effet de peau ne tient pas. Les photons peuvent traverser la matière mais aussi interagir avec elle. Il faut raisonner à l'échelle atomique et faire intervenir la mécanique quantique le plus souvent.
Trop stylé j'ai compris, c'est en raisonnant sur des petits cubes mais pas trop petits que les équations de Maxwell ont été établies et comme les rayons gamma ont une fréquence de l'ordre de l'exahertz,ils ont une longueur d'onde de taille 10^-11 mètres plus petite qu'un atome, et ce raisonnement ne tient plus.
Merci !
Expérimentalement, les rayonnements gamma traversent les conducteurs ?
Je pense que tu as bien compris.
Les rayonnements X et traversent les métaux mais les interactions avec la matière font que certains photons sont absorbés par la matière "en cours de route". Le nombre de photons non absorbés diminue exponentiellement avec l'épaisseur traversée. Si la longueur d'onde est très faible et la densité du métal pas trop élevée (cas de l'aluminium par exemple) il faut une épaisseur de métal très grande pour absorber 90% des photons.
Plus de précision ici :
voir interaction avec la matière.
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