Vidéos d’expériences : électromagnétisme 2

 
 
  1. Spectre de la lumière


  1. 1. Histoire de la lumière : le spectre lumineux




  2.                                                           





  1. Polarisation de la lumière


  1. 2. Les différentes formes de polarisation




  2.     
              
               
               




    1. Polarisation par réflexion et par diffusion. Rotation de la polarisation dans des matériaux transparents anisotropes : l’eau sucrée (contenant des molécules chirales), dans le scotch (étiré lors de sa fabrication) et dans les plastiques (soumis à des contraintes lors de leur fabrication).





  3. 3. Un arc-en-ciel est polarisé




  4.                                          
               





  5. 4. Ecrans à cristaux liquides (LCD)




  6.         
              
               
               




    1. Dans la 1ère vidéo,  à 2:50, c’est en fait l’inverse qui se passe. Quand on n’applique pas de tension, les molécules forment une structure en hélice ce qui fait tourner la polarisation : la lumière passe. Quand on applique une tension, les molécules s’orientent dans la direction du champ et la direction de polarisation reste inchangée : la lumière ne passe pas.





  7. 5. Biréfringence du scotch et du plastique




  8.         
              
               
               




  9. 6. Biréfringence du calcite




  10.                                                           

  11.   



    1. Le calcite est un matériau biréfringent : il sépare une lumière non polarisée en 2 faisceaux polarisés linéairement dans des directions perpendiculaires. On voit donc une image double à travers le calcite et on passe d’une image à l’autre quand on fait tourner un polariseur linéaire devant ces images.





  12. 7.  Le principe de la projection 3D




  13.                                           
               




    1. La vidéo montre bien l’avantage de la polarisation circulaire en 3D. Quand on penche la tête avec des lunettes à polarisation linéaire, les axes des polariseurs ne sont plus alignés et les verres ne filtrent plus une seule polarisation : chaque oeil voit les 2 images projetées. Quand on penche la tête avec des lunettes à polarisation circulaire, chaque verre continue de ne filtrer qu’une seule polarisation : chaque oeil ne voit toujours qu’une seule image.





  14. 8. Jouer avec des lunettes 3D




  15.                            
               
               




    1. Les lunettes 3D sont polarisées circulairement. Elles sont constituées d’une lame quart d’onde (côté écran) et d’un polariseur rectiligne (côté oeil).

    2. Donc devant un écran LCD,  on a extinction uniquement lorsque les lunettes 3D sont à l’envers.

    3. Quand on superpose 2 paires face contre face, on a extinction lorsqu’on croise les verres (verre circulaire gauche contre verre circulaire droite, par ex).

    4. Et devant un miroir, la réflexion inverse le sens de la polarisation circulaire : le verre qui s'obscurcit est celui par lequel on regarde !





  16. 9. Mesures successives et logique quantique




  17.                                           
               




    1. Cette expérience illustre la superposition quantique et la mesure quantique.

    2. Voir Basdevant et Dalibard «Mécanique quantique» p 128 par ex.

    3. A voir aussi dans la 1ère vidéo, une expérience avec des micro-ondes polarisées et un polariseur en forme de grille métallique.





  18. 10. Et pour s’amuser, 2 tours de magie !




  19.                                          
               





  1. Pression de radiation


  1. 11. L’origine de la queue des comètes




  2.                                          
               





  3. 12. Une voile solaire géante dans l’espace




  4.                                                           





  5. 13. L’anomalie des sondes Pioneer enfin expliquée ?




  6.                                          
               





  7. 14. Le refroidissement d’atomes par laser




  8.                                          
               





  1. Rayonnement électromagnétique


  1. 15. Diffusion de Rayleigh : l’expérience du coucher de Soleil




  2.                                          
               





  3. 16. Rayonnement synchrotron : le Synchrotron Soleil




  4.                                          
               





  1. Matériaux magnétiques


  1. 17. Les  ferro, para et dia




  2.                                          
               

  3.                                                    




    1. Dans un matériau ferromagnétique, les moments magnétiques des atomes sont alignés dans des domaines de tailles macroscopiques (via l’interaction d’échange d’origine quantique) : ces domaines magnétiques, appelés domaines de Weiss, possèdent ainsi une aimantation macroscopique spontanée. Un champ magnétique extérieur tend alors à aligner les aimantations de ces domaines et le matériau acquiert une forte aimantation dans le sens du champ appliqué. Les matériaux ferromagnétiques sont donc fortement attirés par un aimant. Ces matériaux possèdent en plus la propriété de garder une mémoire de leur alignement et restent ainsi partiellement aimantés même quand on éloigne l’aimant !


    1. Dans un matériau paramagnétique, les atomes possèdent des moments magnétiques mais leur orientation est aléatoire : ils ne présentent donc pas d’aimantation macroscopique spontanée. Toutefois, si on applique un champ magnétique, ce champ tend à aligner les moments magnétiques dans le sens du champ (via l’interaction dipolaire) et le matériau acquiert une aimantation parallèle au champ. L’interaction dipolaire étant bien moins intense que l’interaction d’échange, l’aimantation des mat. paramagnétiques est bien plus faible que celle des ferromagnétiques. Les matériaux paramagnétiques sont donc faiblement attirés par un aimant.


    1. Dans un matériau diamagnétique, les atomes ne possèdent pas de moments magnétiques. Mais si on applique un champ magnétique, ce champ déforme les nuages électroniques et induit des moments magnétiques sur les atomes dans la direction opposée au champ (phénomène d’induction au niveau microscopique). Cette aimantation induite est toujours très faible : les matériaux diamagnétiques sont donc très faiblement repoussés par un aimant.





  4. 18. Paramagnétisme de l’oxygène liquide




  5.                                                           





  6. 19. Une grenouille diamagnétique qui lévite et plein d‘autres choses ...




  7.                                                           





  8. 20. Lévitation des supraconducteurs




  9.                                          
               

  10.                                                    




    1. Les supraconducteurs sont des diamagnétiques parfaits, avec une susceptibilité magnétique χm=-1.

    2. Sous l’effet du champ de l’aimant, des courants d’écrantage sont engendrés à la surface du supraconducteur. Ces courants créent un champ magnétique qui s’oppose au champ de l’aimant et permet la lévitation.

    3. La particularité des supraconducteurs, c’est que le champ magnétique de l’aimant ne pénètre pas dans le supraconducteur : les courants surfaciques  créent un champ magnétique exactement opposé au champ de l’aimant, de sorte que le champ  à l’intérieur du supraconducteur est nul . Cette expulsion du champ magnétique du supraconducteur s’appelle l’effet Meissner.





  11. 21. Domaines magnétiques (domaines de Weiss)



  12.                           
               
               




    1. Un matériau ferromagnétique présente des domaines macroscopiques, appelés domaines de Weiss, spontanément aimantés : à l’intérieur de ces domaines, les moments magnétiques des atomes sont alignés. Si on applique un champ magnétique, les parois entre les domaines se déplacent et les domaines dont l’aimantation est alignée avec le champ grossissent au détriment des autres.

    2. On peut visualiser ces déplacements dans la 2ème vidéo où les régions jaunes et rouges représentent des domaines d’aimantations opposées. En appliquant un champ magnétique dans la direction opposée à l’aimantation des domaines rouges, des bandes jaunes apparaissent, grossissent et finissent par l’emporter sur les domaines rouges.

    3. On peut aussi entendre le son produit par les changements d’orientation des domaines quand on approche un aimant d’un ferromagnétique. Dans la 3ème vidéo, une bobine enroulée autour d’une tige en fer (ferromagnétique) est reliée à un haut-parleur : quand on approche un aimant de la tige en fer, les variations d’aimantation dans la tige induisent une fem dans la bobine produisant des crépitements dans le haut-parleur. C’est ce qu’on appelle l’effet Barkhausen.





  1. 22. Température de Curie



  2.                           
               
               




    1. Le fer et le nickel sont des matériaux ferromagnétiques : ils sont fortement attirés par un aimant.

    2. Mais lorsque qu’on les chauffe au delà d’une température Tc, appelée température de Curie, l’agitation thermique finit par détruire l’ordre magnétique et ces matériaux deviennent paramagnétiques : la force d’attraction exercée par l’aimant est alors trop faible pour les soulever.

    3. La température de Curie du fer vaut Tc=770°C tandis que celle du nickel vaut Tc=354°C.










 

Quelques vidéos/sites d’expériences illustrant le cours et les TD glanés sur le net.


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