Rayonnement dipolaire (PC*)
I) Cadre de l’étude : Définitions et notations :
O x
y z
A
i(q
i)
M r = OM
(On peut rappeler la définition du moment dipolaire dans le cas d’un dipôle électrostatique, vue en 1
èreannée, p r = q NP
).
Le modèle proposé dans la suite, celui d’un dipôle rayonnant, correspond le plus souvent à l’essentiel du rayonnement émis par les atomes.
Le rayonnement des antennes radios émettrices peut aussi être décrit comme celui de dipôles rayonnants répartis le long de l’antenne.
Les molécules de l’atmosphère terrestre se comportent également comme des dipôles induits par
l’onde EM venant du Soleil. Etant accélérés (voir le cours sur les diélectriques), ils vont rayonner
dans tout l’espace (phénomène de diffusion de la lumière), ce qui expliquera la couleur bleue du
ciel par beau temps ainsi que la couleur rouge orangée du Soleil couchant.
(On aura alors p r t p t u r
z) ( )
( = )
Zone de rayonnement :
Rappel sur le potentiel vecteur d’une distribution de courants : Le potentiel d’une distribution volumique de courants est :
π τ
µ d
M A
c M t A A j t
M A A
i i i D
) ,
( ) 4
,
(
( )0
−
=
= ∫∫∫
r r
r
Pour une distribution filiforme, on utilise la correspondance l r r
id d
j τ = :
l r r
r
M d A
c M t A A i t
M A A
i i i D
) ,
( ) 4
,
(
( )0
−
=
= µ π ∫∫∫
Le potentiel vecteur créé par un ensemble de charges ponctuelles sera :
0
( )
( , ) 4
i i i
i i
q v t A M A M t c
A M µ
π
−
= ∑
r r
On se place loin de la distribution de charges, par conséquent : A M
i≈ OM = r Par conséquent :
0 0
( )
( , ) 1 ( )
4 4
i i
i i
i i
q v t r
d r
A M t c q OA t
r r dt c
µ µ
π π
−
= = −
∑ ∑
r r
Et finalement :
0
1
0( / )
( , ) ( )
4 4
dp r p t r c
A M t t
r dt c r
µ µ
π π
= − = −
r r&
r
Dans la suite, on suppose que le moment dipolaire est selon l’axe (Oz) : l’expression finale du potentiel vecteur du dipôle rayonnant est ainsi :
0
( / )
( , )
4
zp t r c
A M t u
r µ
π
= −
r & r
Potentiel électrique scalaire V :
Pour le déterminer, on utilise la jauge de Lorentz :
0
( / )
0( / )
( ( , )) .
4
z4
zp t r c p t r c
div A M t div u u grad
r r
µ µ
π π
− −
= =
uuuuur
r & r r &
Soit :
0
( / )
( ( , )) .
4
z rp t r c
div A M t u u
r r
µ π
∂ −
=
∂
r r & r
En remarquant que 1
r c t
∂ ∂
∂ = − ∂ et que u u r r
z.
r= cos θ
, il vient :
( )
0
2
( / ) 1
( ( , )) ( / ) cos
4
p t r c
div A M t p t r c
r r r
µ θ
π
− ∂
= − + −
∂
r &
&
0
2
( / ) 1
( ( , )) ( / ) cos
4
p t r c
div A M t p t r c
r rc
µ θ
π
−
= − − −
r &
&&
On en déduit :
2 0
1 ( / ) 1
( / ) cos 4
V p t r c
p t r c
t r rc θ
πε
∂ −
= + −
∂
&
&&
En intégrant (à une constante statique près) :
2 0
1 ( / ) 1
( / ) cos 4
p t r c
V p t r c
r rc θ
πε
−
= + −
&
Lorsque le dipôle est statique :
2 0
1 cos
4 V p
r θ
πε
=
On retrouve bien l’expression habituelle.
(
0 0 0 0 0
2
T p p p T
p = = π ≈
ω
& )
II) Détermination des champs EM (électrique et magnétique) : 1) Expression générale :
(Avec
c t r t ' = − )
(On note que :
t c
r ∂
− ∂
∂ =
∂ 1
et u r
ru r
zu r
ϕ−
=
∧ )
On aurait pu également calculer le champ électrique à partir de l’équation de Maxwell – Ampère :
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