Principes de la radio

L'une des applications les plus fascinantes de l'électricité est la génération d'ondes d'énergie invisibles appelées ondes radio . La portée limitée de cette leçon sur le courant alternatif ne permet pas une exploration complète du concept, certains des principes de base seront couverts.

Avec la découverte accidentelle de l'électromagnétisme par Oersted, on s'est rendu compte que l'électricité et le magnétisme étaient liés l'un à l'autre.

Lorsqu'un courant électrique traversait un conducteur, un champ magnétique était généré perpendiculairement à l'axe du flux. De même, si un conducteur était exposé à un changement de flux magnétique perpendiculaire au conducteur, une tension était produite le long de ce conducteur.

Jusqu'à présent, les scientifiques savaient que l'électricité et le magnétisme semblaient toujours s'affecter à angle droit. Cependant, une découverte majeure se cachait juste sous ce concept apparemment simple de perpendicularité liée, et son dévoilement a été l'un des moments charnières de la science moderne.

Relation des champs électriques et magnétiques

Cette percée en physique est difficile à surestimer. L'homme responsable de cette révolution conceptuelle était le physicien écossais James Clerk Maxwell (1831-1879), qui a « unifié » l'étude de l'électricité et du magnétisme dans quatre équations relativement ordonnées.

Essentiellement, ce qu'il a découvert, c'est que les champs électriques et magnétiques étaient intrinsèquement liés les uns aux autres, avec ou sans la présence d'un chemin conducteur pour le passage du courant. En termes plus formels, la découverte de Maxwell était la suivante :

Un champ électrique changeant produit un champ magnétique perpendiculaire, et

Un champ magnétique changeant produit un champ électrique perpendiculaire.

Tout cela peut se dérouler dans un espace ouvert, les champs électriques et magnétiques alternatifs se soutenant mutuellement lorsqu'ils voyagent dans l'espace à la vitesse de la lumière. Cette structure dynamique de champs électriques et magnétiques se propageant dans l'espace est mieux connue sous le nom d'onde électromagnétique .

Il existe de nombreux types d'énergie radiative naturelle composée d'ondes électromagnétiques. Même la lumière est de nature électromagnétique. Il en va de même pour les rayons X et les rayons « gamma ».

La seule différence entre ces types de rayonnement électromagnétique est la fréquence de leur oscillation (alternance des champs électriques et magnétiques dans les deux sens). En utilisant une source de tension alternative et un appareil spécial appelé antenne , nous pouvons créer facilement des ondes électromagnétiques (d'une fréquence bien inférieure à celle de la lumière).

Types d'antennes

Une antenne n'est rien de plus qu'un appareil conçu pour produire un champ électrique ou magnétique dispersant. Deux types fondamentaux d'antennes sont le dipôle et la boucle :Figure ci-dessous

Antennes dipôles et cadre.

Alors que le dipôle ne ressemble à rien de plus qu'à un circuit ouvert et que la boucle est un court-circuit, ces morceaux de fil sont des radiateurs efficaces de champs électromagnétiques lorsqu'ils sont connectés à des sources CA de la bonne fréquence. Les deux fils ouverts du dipôle agissent comme une sorte de condensateur (deux conducteurs séparés par un diélectrique), le champ électrique étant ouvert à la dispersion au lieu d'être concentré entre deux plaques rapprochées.

Le chemin de câble fermé de l'antenne cadre agit comme un inducteur avec un gros noyau d'air, offrant à nouveau une opportunité suffisante pour que le champ se disperse loin de l'antenne au lieu d'être concentré et contenu comme dans un inducteur normal.

Lorsque le dipôle alimenté rayonne son champ électrique changeant dans l'espace, un champ magnétique changeant est produit à angle droit, maintenant ainsi le champ électrique plus loin dans l'espace, et ainsi de suite pendant que l'onde se propage à la vitesse de la lumière.

Lorsque l'antenne cadre alimentée rayonne son champ magnétique changeant dans l'espace, un champ électrique changeant est produit à angle droit, avec le même résultat final d'une onde électromagnétique continue envoyée loin de l'antenne. L'une ou l'autre antenne accomplit la même tâche de base :la production contrôlée d'un champ électromagnétique.

Fonctions d'une antenne

Lorsqu'elle est connectée à une source d'alimentation CA haute fréquence, une antenne agit comme un transmetteur appareil, convertissant la tension et le courant alternatifs en énergie des ondes électromagnétiques. Les antennes ont également la capacité d'intercepter les ondes électromagnétiques et de convertir leur énergie en tension et courant alternatifs. Dans ce mode, une antenne agit comme un récepteur appareil :Figure ci-dessous

Émetteur et récepteur radio de base.

Bien qu'il y ait beaucoup Plus que l'on peut dire sur la technologie des antennes, cette brève introduction est suffisante pour vous donner une idée générale de ce qui se passe (et peut-être suffisamment d'informations pour provoquer quelques expériences).

AVIS :

• James Maxwell a découvert que les champs électriques changeants produisent des champs magnétiques perpendiculaires, et vice versa, même dans un espace vide.
• Un double ensemble de champs électriques et magnétiques, oscillant à angle droit et se déplaçant à la vitesse de la lumière, constitue une onde électromagnétique .
• Une antenne est un appareil fait de fil, conçu pour émettre un champ électrique changeant ou un champ magnétique changeant lorsqu'il est alimenté par une source CA haute fréquence, ou intercepter un champ électromagnétique et le convertir en une tension ou un courant alternatif.
• Le dipôle l'antenne se compose de deux morceaux de fil (ne se touchant pas), générant principalement un champ électrique lorsqu'elle est sous tension, et produisant secondairement un champ magnétique dans l'espace.
• La boucle l'antenne se compose d'une boucle de fil, générant principalement un champ magnétique lorsqu'elle est sous tension, et produisant secondairement un champ électrique dans l'espace.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail de base sur l'électromagnétisme et l'induction électromagnétique