Introduction à l'électromagnétisme
introduction à l'étude des interactions entre les particules et le champ électromagnétique / De Wikipedia, l'encyclopédie encyclopedia
Cet article concerne une introduction accessible, non technique, au sujet. Pour un article plus technique, voir Électromagnétisme.
L'électromagnétisme est une branche de la physique qui étudie l'interaction électromagnétique, l'une des quatre forces fondamentales de la nature. Au début, l'électricité et le magnétisme étaient étudiés séparément et considérés comme des phénomènes distincts, avec leurs propres équations. Dans les années 1820, Hans Christian Ørsted découvrit que les deux phénomènes étaient liés : un courant électrique donne naissance au magnétisme et peut mettre en mouvement l'aiguille d'une boussole. Michael Faraday découvrit ensuite que l'inverse était également possible : le magnétisme peut induire des courants électriques. En 1865, James Clerk Maxwell rassembla le tout dans une théorie unifiée de l'électromagnétisme. Les équations de Maxwell indiquent en outre que les ondes électromagnétiques sont bien réelles. Des expériences de Heinrich Hertz l'ont ensuite confirmé, rendant possible la transmission par ondes radio. Maxwell avait également postulé, à juste titre, que la lumière était une forme d'onde électromagnétique, faisant ainsi de toute l'optique une branche de l'électromagnétisme. Les ondes radio ne diffèrent de la lumière que par le fait que leur longueur d'onde est beaucoup plus longue. Albert Einstein a finalement montré que le champ magnétique résultait de l'effet relativiste du champ électrique et que le magnétisme n'était donc qu'un effet secondaire de l'électricité qui n'apparaît que lorsque les charges sont en mouvement. Le traitement théorique moderne de l'électromagnétisme est celui d'un champ quantique en électrodynamique quantique.
Dans de nombreuses situations rencontrées en génie électrique, il n'est pas nécessaire d'utiliser la théorie quantique pour obtenir des résultats satisfaisants. La physique classique est une approximation suffisamment précise dans la plupart des situations impliquant des objets macroscopiques (voir l'article longueur électrique). La théorie quantique n'est nécessaire, à quelques exceptions près, qu'à l'échelle atomique et un traitement classique plus simple peut être appliqué dans la plupart des autres cas. Des simplifications supplémentaires sont également possibles dans quelques situations limitées. L'électrostatique ne traite que des charges électriques stationnaires, de sorte que les champs magnétiques n'apparaissent pas et n'ont pas besoin d'être pris en compte. Les aimants permanents peuvent être décrits sans faire référence à l'électricité ou à l'électromagnétisme. La théorie des circuits (ou réseaux) électriques traite de réseaux au sein desquels les champs sont largement confinés autour des conducteurs transportant le courant. Dans de tels circuits, même les équations de Maxwell peuvent être ignorées et des formulations plus simples peuvent être utilisées. D'un autre côté, un traitement quantique de l'électromagnétisme est important dans le domaine de la chimie. Les réactions chimiques et les liaisons chimiques sont le résultat d'interactions quantiques entre les électrons localisés en périphérie des atomes. Des considérations quantiques sont également nécessaires pour expliquer le comportement de nombreux dispositifs électroniques. C'est le cas, par exemple, de la diode à effet tunnel.