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Feuille d'entraînement : Équations de Maxwell et ondes électromagnétiques dans le vide

10 questions · filière MPI · durée estimée environ 44 min

Énoncés

  1. Exercice 1CCINP Physique-Chimie MPI 2025, Q10· Intermédiaire· Incontournable· ≈ 6 min

    Rappeler les deux équations locales vérifiées par le champ magnétique en régime stationnaire et montrer que le champ proposé vérifie ces équations. Donner la valeur de .

  2. Exercice 2CCINP Physique-Chimie MPI 2025, Q16· Application directe· Incontournable· ≈ 4 min

    Définir la zone de rayonnement et justifier le terme apparaissant dans l'argument du cosinus.

  3. Exercice 3CCINP Physique-Chimie MPI 2025, Q17· Intermédiaire· Incontournable· ≈ 6 min

    Montrer que l'onde a localement une structure d'onde plane. Qualifier la polarisation de l'onde. Vérifier l'homogénéité des champs.

  4. Exercice 4CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2025, Q1· Application directe· Incontournable· ≈ 4 min

    Rappeler les équations de Maxwell en régime stationnaire. Justifier l'existence du potentiel électrostatique et établir la relation qui lie à . Donner le nom de cette relation.

  5. Exercice 5E3A Physique-Chimie MPI 2025, Q28· Application directe· Incontournable· ≈ 3 min

    Écrire les équations de Maxwell dans le vide, en précisant leurs noms.

  6. Exercice 6E3A Physique-Chimie MPI 2025, Q29· Intermédiaire· Incontournable· ≈ 5 min

    En déduire l'équation d'onde vérifiée par le champ électrique . Quel nom donne-t-on à cette équation ? En déduire la relation de dispersion pour une onde électromagnétique dont le champ électrique s'écrit en coordonnées cartésiennes . Suivant quelle direction se propage cette onde ? Quelle est sa polarisation ?

  7. Exercice 7E3A Physique-Chimie MPI 2025, Q34· Application directe· Incontournable· ≈ 3 min

    Donner l'expression du vecteur de Poynting en fonction des champs électrique et magnétique. Donner la signification physique de sa moyenne . On ne demande pas de la calculer.

  8. Exercice 8Mines-Ponts Physique 2 MPI 2025, Q17· Application directe· Incontournable· ≈ 5 min

    Dans le vide, établir l'équation de propagation puis la relation de dispersion pour le champ . En déduire la relation liant la longueur d'onde dans le vide et la fréquence de l'onde.

  9. Exercice 9CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2024, Q29· Application directe· Incontournable· ≈ 3 min

    Rappeler les équations de Maxwell. Que deviennent-elles dans le vide ?

  10. Exercice 10CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2024, Q30· Intermédiaire· Incontournable· ≈ 5 min

    Établir l'équation de propagation du champ électrique dans le vide.

Corrigés

  1. Exercice 1CCINP Physique-Chimie MPI 2025, Q10

    Au voisinage de l'origine, dans l'espace vide de courants (\vec{j} = \vec{0}), le champ magnétique vérifie en régime stationnaire les deux équations locales fondamentales de la magnétostatique :

    • L'équation de Maxwell-Thomson (conservation du flux magnétique) :

      \mathrm{div}\,\vec{B} = 0
    • L'équation de Maxwell-Ampère stationnaire :

      \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B} = \vec{0}

    Vérifions que l'expression proposée \vec{B} = (Ky + K')\vec{e}_x + (Kx + K')\vec{e}_y satisfait ces équations :

    • Pour la divergence :

      \mathrm{div}\,\vec{B} = \frac{\partial B_x}{\partial x} + \frac{\partial B_y}{\partial y} + \frac{\partial B_z}{\partial z} = \frac{\partial}{\partial x}(Ky + K') + \frac{\partial}{\partial y}(Kx + K') + 0 = 0

      L'équation \mathrm{div}\,\vec{B} = 0 est donc bien vérifiée.

    • Pour le rotationnel : comme le champ est indépendant de z et a une composante selon \vec{e}_z nulle, seules les dérivées par rapport à x et y interviennent :

      \begin{aligned} (\vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B})_x &= \frac{\partial B_z}{\partial y} - \frac{\partial B_y}{\partial z} = 0 \\ (\vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B})_y &= \frac{\partial B_x}{\partial z} - \frac{\partial B_z}{\partial x} = 0 \\ (\vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B})_z &= \frac{\partial B_y}{\partial x} - \frac{\partial B_x}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial x}(Kx + K') - \frac{\partial}{\partial y}(Ky + K') = K - K = 0 \end{aligned}

      Ainsi, on a bien \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B} = \vec{0}.

    Valeur de K' :

    À l'origine des coordonnées (0,0,0), le champ théorique vaut :

    \vec{B}(O) = K'\vec{e}_x + K'\vec{e}_y

    D'après les symétries établies à la question Q9, le champ est nul à l'origine (\vec{B}(O) = \vec{0}), ce qui impose :

    \boxed{K' = 0}

    Le champ quadrupolaire au voisinage de l'origine s'écrit donc simplement :

    \vec{B} = K\left(y\vec{e}_x + x\vec{e}_y\right)

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  2. Exercice 2CCINP Physique-Chimie MPI 2025, Q16

    1. Définition de la zone de rayonnement

    L'émission dipolaire met en jeu deux échelles spatiales caractéristiques : la dimension de la source l et la longueur d'onde du rayonnement émis \lambda = \dfrac{2\pi c}{\omega}.

    La zone de rayonnement (ou zone d'onde, ou champ lointain) est la région de l'espace située à une distance r du dipôle très grande devant la longueur d'onde :

    \boxed{r \gg \lambda = \frac{2\pi c}{\omega}}

    (sachant que l'approximation dipolaire r \gg l est également vérifiée, avec ici l \ll \lambda). Dans cette région :

    • les termes de champ électromagnétique décroissant en 1/r deviennent prépondérants devant les termes en 1/r^2 (champ d'induction) et en 1/r^3 (champ quasi-statique) ;
    • le flux du vecteur de Poynting à travers une sphère de rayon r ne tend pas vers zéro lorsque r \to +\infty : il y a propagation d'une puissance rayonnée non nulle à l'infini.

    2. Justification du terme r/c

    Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide à la vitesse finie c.

    • La source étant localisée autour de l'origine O (l \ll r), le signal reçu au point M situé à la distance r = OM à la date t a été émis par le dipôle à une date antérieure, dite date retardée :

      t_{\text{ret}} = t - \frac{r}{c}
    • Le terme \dfrac{r}{c} représente la durée de propagation (ou temps de retard) mise par l'onde électromagnétique pour parcourir la distance r entre la source et le point d'observation.

    L'argument de la fonction d'oscillation de la source \cos(\omega t) devient donc naturellement \cos\!\left(\omega\!\left(t - \frac{r}{c}\right)\right).

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  3. Exercice 3CCINP Physique-Chimie MPI 2025, Q17

    1. Structure locale d'onde plane

    Les expressions données des champs dans la zone de rayonnement s'écrivent :

    \vec{E} = E_\theta(r, \theta, t)\,\vec{e}_\theta \quad \text{et} \quad \vec{B} = B_\varphi(r, \theta, t)\,\vec{e}_\varphi

    avec la direction de propagation radiale \vec{u} = \vec{e}_r. On constate que :

    • Les champs sont strictement transverses à la direction de propagation radiale :

      \vec{E} \cdot \vec{e}_r = 0 \quad \text{et} \quad \vec{B} \cdot \vec{e}_r = 0
    • Les vecteurs directeurs forment un trièdre orthonormé direct (\vec{e}_r, \vec{e}_\theta, \vec{e}_\varphi) puisque \vec{e}_r \wedge \vec{e}_\theta = \vec{e}_\varphi.
    • La relation de structure reliant le champ électrique et le champ magnétique s'écrit :

      \vec{B} = \frac{\vec{e}_r \wedge \vec{E}}{c}

      ce qui implique également la relation d'amplitude E = c B.

    À grande distance de la source (r \gg \lambda), sur une étendue spatiale petite devant la distance r, la courbure des surfaces d'onde sphériques est négligeable et l'amplitude en 1/r varie très peu : l'onde présente donc localement la structure d'une onde plane progressive se propageant selon \vec{e}_r.

    2. Polarisation de l'onde

    En tout point M(r,\theta,\varphi) fixé, le vecteur champ électrique \vec{E} conserve une direction constante portée par \vec{e}_\theta au cours du temps. L'onde émise est donc à :

    \boxed{\text{polarisation rectiligne selon } \vec{e}_\theta}

    3. Vérification de l'homogénéité des champs

    • Pour le champ électrique \vec{E} : La perméabilité magnétique du vide \mu_0 s'exprime en \text{H}\cdot\text{m}^{-1} = \text{V}\cdot\text{s}\cdot\text{A}^{-1}\cdot\text{m}^{-1} (car une f.é.m. d'auto-induction vérifie e = -L\frac{\mathrm{d}i}{\mathrm{d}t} \implies [L] = \text{V}\cdot\text{s}\cdot\text{A}^{-1}). Le moment dipolaire p_0 s'exprime en \text{C}\cdot\text{m} = \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{m}, la pulsation \omega en \text{s}^{-1} et r en \text{m}.

      La dimension de l'amplitude s'écrit donc :

      \begin{aligned} \left[ \frac{\mu_0 p_0 \omega^2}{r} \right] &= \frac{[\mu_0] \cdot [p_0] \cdot [\omega]^2}{[r]} \\ &= \frac{(\text{V}\cdot\text{s}\cdot\text{A}^{-1}\cdot\text{m}^{-1}) \cdot (\text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{m}) \cdot (\text{s}^{-2})}{\text{m}} \\ &= \text{V}\cdot\text{m}^{-1} \end{aligned}

      L'expression est bien homogène à un champ électrique (en \text{V}\cdot\text{m}^{-1}).

    • Pour le champ magnétique \vec{B} : On a B = \frac{E}{c}. La dimension de B est donc :

      [B] = \frac{[E]}{[c]} = \frac{\text{V}\cdot\text{m}^{-1}}{\text{m}\cdot\text{s}^{-1}} = \text{V}\cdot\text{s}\cdot\text{m}^{-2} = \text{T}

      car la loi de Faraday (\mathrm{d}\Phi = B\,\mathrm{d}S) donne [B] = \text{Wb}\cdot\text{m}^{-2} = \text{V}\cdot\text{s}\cdot\text{m}^{-2} = \text{T}. L'expression est bien homogène à un champ magnétique (en teslas \text{T}).

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  4. Exercice 4CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2025, Q1

    En régime stationnaire, toutes les dérivées temporelles sont nulles (\partial/\partial t = 0). Les quatre équations de Maxwell s'écrivent :

    \begin{aligned} \text{Maxwell-Gauss :}\quad & \operatorname{div}\vec{E} = \frac{\rho}{\varepsilon_0} \\ \text{Maxwell-Thomson :}\quad & \operatorname{div}\vec{B} = 0 \\ \text{Maxwell-Faraday :}\quad & \vec{\operatorname{rot}}\vec{E} = \vec{0} \\ \text{Maxwell-Ampère :}\quad & \vec{\operatorname{rot}}\vec{B} = \mu_0 \vec{\jmath} \end{aligned}

    D'après l'équation de Maxwell-Faraday en régime stationnaire, le champ électrique vérifie \vec{\operatorname{rot}}\vec{E} = \vec{0}. Dans un domaine simplement connexe, tout champ vectoriel de rotationnel nul dérive d'un potentiel scalaire. D'après l'identité vectorielle rappelée dans le formulaire, \vec{\operatorname{rot}}(\vec{\operatorname{grad}} V) = \vec{0}, il existe donc un champ scalaire V, appelé potentiel électrostatique, tel que :

    \vec{E} = -\vec{\operatorname{grad}} V

    En injectant cette relation dans l'équation de Maxwell-Gauss :

    \operatorname{div}\vec{E} = \operatorname{div}(-\vec{\operatorname{grad}} V) = -\Delta V = \frac{\rho}{\varepsilon_0}

    où l'on a utilisé l'identité \operatorname{div}(\vec{\operatorname{grad}} V) = \Delta V. On obtient ainsi :

    \boxed{\Delta V + \frac{\rho}{\varepsilon_0} = 0}

    Cette équation aux dérivées partielles liant le potentiel V à la densité volumique de charge \rho est l'équation de Poisson.

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  5. Exercice 5E3A Physique-Chimie MPI 2025, Q28

    Dans le vide, en l'absence de charges électriques (\rho = 0) et de courants électriques (\vec{\jmath} = \vec{0}), les équations de Maxwell locales s'écrivent :

    • Équation de Maxwell-Gauss :

      \boxed{\operatorname{div} \vec{E} = 0}
    • Équation de Maxwell-Thomson (ou de conservation du flux magnétique) :

      \boxed{\operatorname{div} \vec{B} = 0}
    • Équation de Maxwell-Faraday :

      \boxed{\vec{\operatorname{rot}}\,\vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}}
    • Équation de Maxwell-Ampère :

      \boxed{\vec{\operatorname{rot}}\,\vec{B} = \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} = \frac{1}{c^2}\frac{\partial \vec{E}}{\partial t}}

    où c = \dfrac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}} désigne la célérité de la lumière dans le vide.

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  6. Exercice 6E3A Physique-Chimie MPI 2025, Q29

    D'après les équations de Maxwell dans le vide établies en Q28, prenons le rotationnel de l'équation de Maxwell-Faraday :

    \vec{\operatorname{rot}}(\vec{\operatorname{rot}}\vec{E}) = -\vec{\operatorname{rot}}\left(\frac{\partial\vec{B}}{\partial t}\right) = -\frac{\partial}{\partial t}(\vec{\operatorname{rot}}\vec{B})

    En utilisant la formule du formulaire \vec{\operatorname{rot}}(\vec{\operatorname{rot}}\vec{E}) = \vec{\operatorname{grad}}(\operatorname{div}\vec{E}) - \Delta\vec{E} ainsi que \operatorname{div}\vec{E} = 0 et \vec{\operatorname{rot}}\vec{B} = \frac{1}{c^2}\frac{\partial\vec{E}}{\partial t}, il vient :

    -\Delta\vec{E} = -\frac{1}{c^2}\frac{\partial^2\vec{E}}{\partial t^2}

    On obtient l'équation de d'Alembert :

    \boxed{\Delta\vec{E} - \frac{1}{c^2}\frac{\partial^2\vec{E}}{\partial t^2} = \vec{0}}

    L'onde plane harmonique s'écrit \vec{E}(x,t) = E_0 \exp(i(\omega t - k x))\,\vec{u}_z. Le laplacien vectoriel se réduit à :

    \Delta\vec{E} = \frac{\partial^2\vec{E}}{\partial x^2} = (-ik)^2\vec{E} = -k^2\vec{E}

    De même :

    \frac{\partial^2\vec{E}}{\partial t^2} = (i\omega)^2\vec{E} = -\omega^2\vec{E}

    En substituant ces dérivées dans l'équation de d'Alembert :

    \left(-k^2 + \frac{\omega^2}{c^2}\right)\vec{E} = \vec{0}

    Puisque cette égalité est vérifiée pour tout point (x,t), on obtient la relation de dispersion :

    \boxed{\omega = k\,c \quad \Longleftrightarrow \quad k = \frac{\omega}{c}}

    (avec \omega > 0 et k > 0).

    • Direction de propagation : La phase s'écrit \phi(x,t) = \omega t - k x = \omega\left(t - \frac{x}{c}\right). Les plans d'onde d'égale phase se déplacent vers les x croissants : l'onde se propage selon la direction de l'axe (Ox), dans le sens du vecteur \vec{u}_x.
    • Polarisation : Le vecteur champ électrique oscille selon une direction fixe dans l'espace, colinéaire au vecteur \vec{u}_z. L'onde présente donc une polarisation rectiligne selon l'axe (Oz).

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  7. Exercice 7E3A Physique-Chimie MPI 2025, Q34

    Le vecteur de Poynting \vec{R} est défini à partir des champs électromagnétiques réels \vec{E} et \vec{B} par :

    \boxed{\vec{R} = \frac{\vec{E} \wedge \vec{B}}{\mu_0}}

    Le vecteur moyenne temporelle \vec{R}_m(x) = \langle\vec{R}(x,t)\rangle représente le vecteur densité surfacique de puissance électromagnétique moyenne (exprimé en \mathrm{W\cdot m^{-2}}) :

    • Sa direction et son sens indiquent la direction et le sens du transport net (moyen) d'énergie par l'onde électromagnétique.
    • Son flux à travers une surface orientée S correspond à la puissance électromagnétique moyenne \mathcal{P}_m transitant à travers cette surface :

      \mathcal{P}_m = \iint_S \vec{R}_m \cdot \mathrm{d}\vec{S}

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  8. Exercice 8Mines-Ponts Physique 2 MPI 2025, Q17

    Dans le vide, en l'absence de charges (\rho = 0) et de courants (\vec{\jmath} = \vec{0}), les équations de Maxwell s'écrivent :

    \begin{aligned} \operatorname{div}\vec{E} &= 0 & \operatorname{div}\vec{B} &= 0 \\ \vec{\operatorname{rot}}\vec{E} &= -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} & \vec{\operatorname{rot}}\vec{B} &= \mu_0\varepsilon_0\frac{\partial \vec{E}}{\partial t} = \frac{1}{c^2}\frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \end{aligned}

    en posant c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}.

    En prenant le rotationnel de l'équation de Maxwell-Faraday et en utilisant l'identité vectorielle fournie :

    \vec{\operatorname{rot}}\left(\vec{\operatorname{rot}}\vec{E}\right) = \vec{\operatorname{grad}}(\operatorname{div}\vec{E}) - \Delta\vec{E} = -\Delta\vec{E}

    Par ailleurs, en permutant les dérivées spatiales et temporelles grâce au théorème de Schwarz :

    \vec{\operatorname{rot}}\left(-\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}\right) = -\frac{\partial}{\partial t}\left(\vec{\operatorname{rot}}\vec{B}\right) = -\frac{1}{c^2}\frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial t^2}

    On en déduit l'équation de propagation de d'Alembert dans le vide :

    \boxed{\Delta\vec{E} - \frac{1}{c^2}\frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial t^2} = \vec{0}}

    L'onde incidente se propage selon l'axe (Oz) sous la forme :

    \vec{E}_{\text{inc}} = E_0 \exp\left[\mathrm{i}(\omega t - kz)\right]\vec{e}_x

    Pour cette onde plane, \Delta\vec{E}_{\text{inc}} = \frac{\partial^2 \vec{E}_{\text{inc}}}{\partial z^2} = (-\mathrm{i}k)^2\vec{E}_{\text{inc}} = -k^2\vec{E}_{\text{inc}}, et \frac{\partial^2 \vec{E}_{\text{inc}}}{\partial t^2} = (\mathrm{i}\omega)^2\vec{E}_{\text{inc}} = -\omega^2\vec{E}_{\text{inc}}. En substituant dans l'équation de propagation :

    \left(-k^2 + \frac{\omega^2}{c^2}\right)\vec{E}_{\text{inc}} = \vec{0}

    Comme cette relation est vérifiée en tout point et à tout instant, avec E_0 \neq 0, et pour une onde se propageant dans le sens des z croissants (k > 0, \omega > 0), on obtient la relation de dispersion :

    \boxed{k = \frac{\omega}{c}}

    Par définition de la pulsation et du vecteur d'onde dans le vide, \omega = 2\pi f et k = \frac{2\pi}{\lambda_0}. Il vient immédiatement :

    \frac{2\pi}{\lambda_0} = \frac{2\pi f}{c}

    soit :

    \boxed{\lambda_0 = \frac{c}{f}}

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  9. Exercice 9CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2024, Q29

    Dans un milieu quelconque caractérisé par une distribution volumique de charge \rho et un vecteur densité volumique de courant \vec{\jmath}, les équations locales fondamentales de l'électromagnétisme (équations de Maxwell) s'écrivent :

    \begin{aligned} \text{Maxwell-Gauss (MG) :}\quad & \mathrm{div}\,\vec{E} = \frac{\rho}{\varepsilon_0} \\ \text{Maxwell-Thomson (MT) :}\quad & \mathrm{div}\,\vec{B} = 0 \\ \text{Maxwell-Faraday (MF) :}\quad & \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} \\ \text{Maxwell-Ampère (MA) :}\quad & \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B} = \mu_0 \vec{\jmath} + \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \end{aligned}

    où \varepsilon_0 désigne la permittivité diélectrique du vide et \mu_0 la perméabilité magnétique du vide.

    Dans le vide, en l'absence de charges et de courants sources, on a \rho = 0 et \vec{\jmath} = \vec{0}. Les équations de Maxwell deviennent alors :

    \boxed{ \begin{aligned} \mathrm{div}\,\vec{E} &= 0 \\ \mathrm{div}\,\vec{B} &= 0 \\ \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{E} &= -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} \\ \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B} &= \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} = \frac{1}{c^2}\frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \end{aligned} }

    en introduisant la célérité de la lumière dans le vide c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}}.

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

  10. Exercice 10CentraleSupélec Physique-Chimie 2 MPI 2024, Q30

    D'après la question Q29, les équations de Maxwell régissant le champ électrique dans le vide (\rho = 0, \vec{\jmath} = \vec{0}) s'écrivent :

    \begin{aligned} \mathrm{div}\,\vec{E} &= 0 \quad &\text{(Maxwell-Gauss)} \\ \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{E} &= -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} \quad &\text{(Maxwell-Faraday)} \\ \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B} &= \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \quad &\text{(Maxwell-Ampère)} \end{aligned}

    Prenons le rotationnel de l'équation de Maxwell-Faraday :

    \vec{\mathrm{rot}}(\vec{\mathrm{rot}}\,\vec{E}) = -\vec{\mathrm{rot}}\left(\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}\right)

    D'une part, on utilise l'identité vectorielle reliant le rotationnel du rotationnel, le gradient de la divergence et le laplacien vectoriel :

    \vec{\mathrm{rot}}(\vec{\mathrm{rot}}\,\vec{E}) = \vec{\mathrm{grad}}(\mathrm{div}\,\vec{E}) - \Delta \vec{E}

    Comme l'espace est dépourvu de charges (\mathrm{div}\,\vec{E} = 0), le terme de gradient s'annule :

    \vec{\mathrm{rot}}(\vec{\mathrm{rot}}\,\vec{E}) = -\Delta \vec{E}

    D'autre part, en vertu du théorème de Schwarz, on permute les opérateurs différentiels d'espace et de temps :

    -\vec{\mathrm{rot}}\left(\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}\right) = -\frac{\partial}{\partial t}(\vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B})

    En substituant l'expression de \vec{\mathrm{rot}}\,\vec{B} donnée par l'équation de Maxwell-Ampère :

    -\frac{\partial}{\partial t}\left(\mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t}\right) = -\mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial t^2}

    En égalant les deux expressions obtenues, il vient :

    -\Delta \vec{E} = -\mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial t^2}

    En introduisant la célérité des ondes électromagnétiques dans le vide c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}}, on obtient l'équation de d'Alembert pour le champ électrique :

    \boxed{\Delta \vec{E} - \frac{1}{c^2}\frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial t^2} = \vec{0}}

    Résultat

    Indice, stratégie et pièges de cette question

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