Effets de la Polarisation Linéaire sur une Onde

Exercice : Polarisation Linéaire d'une Onde

Effets de la Polarisation Linéaire sur une Onde

Contexte : L'étude de la polarisation linéaireÉtat de polarisation d'une onde électromagnétique où le vecteur champ électrique oscille selon une direction fixe..

Une onde électromagnétique, comme la lumière, est une onde transversale caractérisée par un champ électrique et un champ magnétique qui oscillent perpendiculairement à la direction de propagation. La polarisation décrit l'orientation de l'oscillation du champ électrique. Dans cet exercice, nous étudions une onde polarisée linéairement qui interagit avec un filtre polariseur, un composant essentiel en optique, photographie et télécommunications.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à quantifier comment l'amplitude et l'intensité d'une onde lumineuse sont modifiées par un polariseur en utilisant la projection vectorielle et la célèbre loi de Malus.


Objectifs Pédagogiques

  • Calculer l'amplitude du champ électrique après passage à travers un polariseur.
  • Appliquer la loi de Malus pour déterminer l'intensité de l'onde transmise.
  • Comprendre la relation entre l'angle du polariseur et l'intensité résultante.

Données de l'étude

Une onde électromagnétique plane, polarisée linéairement le long de l'axe vertical (y), se propage dans le vide le long de l'axe (z). Elle rencontre un polariseur idéal dont l'axe de transmission fait un angle \(\theta\) avec la verticale.

Interaction Onde-Polariseur
z (propagation) y Onde Incidente E₀ Axe de transmission θ Onde Transmise Eₜ
Caractéristique Symbole Valeur
Amplitude du champ électrique incident \(E_0\) \(10 \ \text{V/m}\)
Angle de l'axe du polariseur \(\theta\) \(60^\circ\)
Milieu de propagation - Vide (\(c \approx 3 \cdot 10^8 \ \text{m/s}, \epsilon_0 \approx 8.854 \cdot 10^{-12} \ \text{F/m}\))

Questions à traiter

  1. Calculer l'amplitude du champ électrique de l'onde transmise, notée \(E_{\text{t}}\).
  2. Calculer l'intensité de l'onde incidente (\(I_0\)) et l'intensité de l'onde transmise (\(I_{\text{t}}\)).
  3. Vérifier la valeur de \(I_{\text{t}}\) en utilisant directement la loi de Malus.
  4. Pour quel angle \(\theta\) l'intensité transmise serait-elle égale à 25% de l'intensité incidente ?
  5. Que se passe-t-il lorsque l'angle \(\theta\) est de 90° ? Interpréter physiquement.

Les bases sur la Polarisation

La polarisation est une propriété fondamentale des ondes transversales qui spécifie l'orientation géométrique des oscillations.

1. Projection du Champ Électrique
Lorsqu'une onde polarisée linéairement traverse un polariseur idéal, seule la composante du champ électrique parallèle à l'axe de transmission du polariseur est conservée. L'amplitude du champ transmis \(E_{\text{t}}\) est la projection de l'amplitude du champ incident \(E_0\) sur cet axe. \[ E_{\text{t}} = E_0 \cos(\theta) \] Où \(\theta\) est l'angle entre la direction de polarisation de l'onde incidente et l'axe de transmission du polariseur.

2. Loi de Malus
L'intensité d'une onde électromagnétique est proportionnelle au carré de l'amplitude de son champ électrique (\(I \propto E^2\)). En combinant ce fait avec la relation de projection, on obtient la loi de Malus, formulée par Étienne-Louis Malus en 1809 : \[ I_{\text{t}} = I_0 \cos^2(\theta) \] Cette loi relie l'intensité transmise \(I_{\text{t}}\) à l'intensité incidente \(I_0\).


Correction : Effets de la Polarisation Linéaire sur une Onde

Question 1 : Calcul de l'amplitude du champ transmis \(E_{\text{t}}\)

Principe (le concept physique)

Le polariseur agit comme un filtre sélectif pour le champ électrique. Il ne laisse passer que la composante du vecteur champ électrique qui est parallèle à son axe de transmission. L'autre composante est absorbée. Le calcul revient donc à trouver la projection d'un vecteur sur un axe.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

La projection d'un vecteur \(\vec{V}\) sur un axe \(\Delta\) faisant un angle \(\theta\) avec lui est une opération fondamentale en algèbre linéaire. L'amplitude du vecteur projeté, \(V_{\text{proj}}\), est donnée par \(V \cos(\theta)\), où \(V\) est l'amplitude du vecteur initial. Dans notre cas, le vecteur est le champ électrique \(\vec{E_0}\).

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Visualisez toujours le problème. Imaginez le vecteur du champ électrique comme un bâton. Le polariseur est une fente. Seule la partie du bâton qui "rentre" dans l'alignement de la fente pourra passer. La longueur de cette partie dépend de l'angle entre le bâton et la fente.

Normes (la référence réglementaire)

Il n'y a pas de "norme" réglementaire ici comme en BTP. La référence est une loi fondamentale de la physique, issue des équations de Maxwell qui gouvernent l'électromagnétisme. Le principe de projection est une règle mathématique universelle.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ E_{\text{t}} = E_0 \cos(\theta) \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • Le polariseur est considéré comme "idéal" : il transmet 100% de la composante parallèle et absorbe 100% de la composante perpendiculaire.
  • L'onde incidente est parfaitement polarisée linéairement.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Amplitude incidente\(E_0\)10\(\text{V/m}\)
Angle du polariseur\(\theta\)60\(^\circ\)
Astuces (Pour aller plus vite)

Mémorisez les valeurs de cosinus pour les angles courants : \(\cos(0^\circ)=1\), \(\cos(30^\circ)=\sqrt{3}/2 \approx 0.866\), \(\cos(45^\circ)=\sqrt{2}/2 \approx 0.707\), \(\cos(60^\circ)=0.5\), \(\cos(90^\circ)=0\). Cela accélère grandement les calculs mentaux.

Schéma (Avant les calculs)
Projection du vecteur E₀
Axe de transmissionE₀EₜE⟂ (absorbé)θ
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de l'amplitude transmise

\[ \begin{aligned} E_{\text{t}} &= 10 \cdot \cos(60^\circ) \\ &= 10 \cdot 0.5 \\ &= 5 \ \text{V/m} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Vecteurs champ électrique avant et après
yxE₀Eₜ60°
Réflexions (l'interprétation du résultat)

L'amplitude du champ électrique est passée de \(10 \ \text{V/m}\) à \(5 \ \text{V/m}\). Elle a été divisée par deux. Cela signifie que l'onde est toujours présente, mais son "force" électrique a diminué. Sa direction d'oscillation est maintenant celle de l'axe du polariseur.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur la plus commune est d'oublier de configurer sa calculatrice en mode "degrés" lorsque l'angle est donné en degrés. Si votre calculatrice est en "radians", \(\cos(60)\) donnera un résultat complètement différent et faux.

Points à retenir (pour maîtriser la question)

Retenez que le polariseur agit comme un projecteur. L'amplitude du champ qui en sort est toujours inférieure ou égale à l'amplitude du champ qui y entre, et elle est maximale lorsque la polarisation incidente et l'axe du filtre sont alignés.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les lunettes de soleil polarisantes fonctionnent sur ce principe. Les reflets sur les surfaces horizontales (eau, route) sont principalement polarisés horizontalement. Les lunettes ont un axe de polarisation vertical qui bloque cette lumière réfléchie et réduit l'éblouissement.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
L'amplitude du champ électrique de l'onde transmise est de \(5 \ \text{V/m}\).
A vous de jouer (pour vérifier la compréhension)

Si l'angle était de 45°, quelle serait la nouvelle amplitude du champ transmis \(E_{\text{t}}\) ?

Question 2 : Calcul des intensités \(I_0\) et \(I_{\text{t}}\)

Principe (le concept physique)

L'intensité d'une onde électromagnétique représente l'énergie qu'elle transporte par unité de temps et par unité de surface. Cette énergie est directement liée à l'amplitude des oscillations des champs électrique et magnétique. Comme le polariseur a réduit l'amplitude du champ électrique, il doit aussi avoir réduit l'intensité de l'onde.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

L'intensité, ou vecteur de Poynting moyen, \(\langle S \rangle\), est donnée par \(I = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{\epsilon_0}{\mu_0}} E_0^2\). Dans le vide, \(\sqrt{\frac{\epsilon_0}{\mu_0}} = \frac{1}{c\mu_0} = c\epsilon_0\). La formule se simplifie donc en \(I = \frac{1}{2} c \epsilon_0 E^2\). Elle montre que l'intensité est proportionnelle au carré de l'amplitude du champ électrique.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Calculez toujours l'intensité incidente \(I_0\) en premier. Elle vous servira de référence pour tous les calculs suivants. Comprendre que l'intensité varie comme le carré de l'amplitude est crucial. Si l'amplitude est divisée par 2, l'intensité sera divisée par \(2^2 = 4\).

Normes (la référence réglementaire)

La formule de l'intensité est une conséquence directe des équations de Maxwell. Les valeurs des constantes \(c\) (vitesse de la lumière) et \(\epsilon_0\) (permittivité du vide) sont des constantes fondamentales de la physique définies internationalement.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ I = \frac{1}{2} c \epsilon_0 E^2 \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • L'onde se propage dans le vide, ce qui justifie l'utilisation des constantes \(c\) et \(\epsilon_0\).
  • La formule utilisée est pour la valeur moyenne de l'intensité dans le temps.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Amplitude incidente\(E_0\)10\(\text{V/m}\)
Amplitude transmise\(E_{\text{t}}\)5\(\text{V/m}\)
Vitesse de la lumière\(c\)\(3 \cdot 10^8\)\(\text{m/s}\)
Permittivité du vide\(\epsilon_0\)\(8.854 \cdot 10^{-12}\)\(\text{F/m}\)
Astuces (Pour aller plus vite)

Le groupe de constantes \(\frac{1}{2} c \epsilon_0\) vaut environ \(1.328 \cdot 10^{-3}\) en unités S.I. Vous pouvez pré-calculer ce facteur si vous devez l'utiliser plusieurs fois. Retenez surtout la relation de proportionnalité : \(I_{\text{t}} / I_0 = (E_{\text{t}} / E_0)^2\).

Schéma (Avant les calculs)
Relation entre Intensité et Amplitude (I ∝ E²)
Cas 1Amplitude = EIntensité = ICas 2Amplitude = 2EIntensité = 4I
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de l'intensité incidente \(I_0\)

\[ \begin{aligned} I_0 &= \frac{1}{2} c \epsilon_0 E_0^2 \\ &= \frac{1}{2} (3 \cdot 10^8) (8.854 \cdot 10^{-12}) (10)^2 \\ &\approx 0.133 \ \text{W/m}^2 \end{aligned} \]

Calcul de l'intensité transmise \(I_{\text{t}}\)

\[ \begin{aligned} I_{\text{t}} &= \frac{1}{2} c \epsilon_0 E_{\text{t}}^2 \\ &= \frac{1}{2} (3 \cdot 10^8) (8.854 \cdot 10^{-12}) (5)^2 \\ &\approx 0.033 \ \text{W/m}^2 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Comparaison des Intensités
I₀0.133 W/m²Iₜ0.033 W/m²≈ ¼ I₀
Réflexions (l'interprétation du résultat)

L'intensité transmise est environ 1/4 de l'intensité incidente (\(0.033 / 0.133 \approx 0.25\)). Cela confirme notre intuition : comme l'amplitude du champ a été divisée par 2, l'intensité, qui varie comme le carré de l'amplitude, a été divisée par \(2^2 = 4\).

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

N'oubliez pas le carré ! L'erreur la plus fréquente est de penser que l'intensité est simplement proportionnelle à l'amplitude (\(I \propto E\)), au lieu de \(I \propto E^2\). Cela mènerait à une conclusion erronée que l'intensité est simplement divisée par deux.

Points à retenir (pour maîtriser la question)

Le point crucial est la relation quadratique entre l'intensité et l'amplitude du champ électrique. C'est une caractéristique fondamentale de toutes les ondes : l'énergie est proportionnelle au carré de l'amplitude de l'oscillation.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

La pression de radiation exercée par la lumière sur une surface est directement proportionnelle à l'intensité de l'onde. C'est ce principe qui est utilisé pour les projets de "voiles solaires", qui visent à propulser des engins spatiaux en utilisant uniquement la lumière du Soleil.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
L'intensité incidente est \(I_0 \approx 0.133 \ \text{W/m}^2\) et l'intensité transmise est \(I_{\text{t}} \approx 0.033 \ \text{W/m}^2\).
A vous de jouer (pour vérifier la compréhension)

Si l'amplitude du champ incident était de 20 V/m (le double), par quel facteur l'intensité incidente \(I_0\) serait-elle multipliée ?

Question 3 : Vérification avec la loi de Malus

Principe (le concept physique)

La loi de Malus est une conséquence directe des deux principes précédents : 1) le champ transmis est la projection du champ incident (\(E_{\text{t}} = E_0 \cos\theta\)) et 2) l'intensité est proportionnelle au carré du champ (\(I \propto E^2\)). En combinant les deux, on obtient une relation directe entre les intensités, ce qui permet de s'affranchir du calcul intermédiaire de l'amplitude.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Étienne-Louis Malus (1775-1812) était un ingénieur et physicien français. Il a découvert cette loi en 1809 en observant la lumière du soleil réfléchie par la fenêtre du Palais du Luxembourg à travers un cristal de calcite (un matériau biréfringent qui agit comme un polariseur). Cette découverte a été une preuve majeure de la nature transversale de la lumière.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

La loi de Malus est un raccourci puissant. Chaque fois qu'un problème vous donne une intensité et un angle et vous demande une autre intensité, votre premier réflexe doit être la loi de Malus. C'est plus rapide et moins source d'erreurs que de passer par les amplitudes.

Normes (la référence réglementaire)

La loi de Malus est une loi physique empirique qui a été validée par d'innombrables expériences et est dérivable de la théorie électromagnétique de Maxwell. Elle est une pierre angulaire de l'optique polarisée.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ I_{\text{t}} = I_0 \cos^2(\theta) \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • La loi s'applique à une onde incidente déjà 100% polarisée linéairement.
  • Le polariseur est idéal.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Intensité incidente\(I_0\)0.133\(\text{W/m}^2\)
Angle du polariseur\(\theta\)60\(^\circ\)
Astuces (Pour aller plus vite)

Attention sur les calculatrices, il n'y a généralement pas de touche "cos²". Vous devez calculer le cosinus de l'angle d'abord, puis élever le résultat au carré. L'écriture \(\cos^2(\theta)\) signifie \((\cos(\theta))^2\).

Schéma (Avant les calculs)
Interaction Onde-Polariseur
zyOnde Incidente (I₀)θOnde Transmise (Iₜ)
Calcul(s) (l'application numérique)

Application de la loi de Malus

\[ \begin{aligned} I_{\text{t}} &= I_0 \cdot \cos^2(60^\circ) \\ &= 0.133 \cdot (0.5)^2 \\ &= 0.133 \cdot 0.25 \\ &\approx 0.03325 \ \text{W/m}^2 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Graphique de la Loi de Malus (Iₜ = I₀cos²θ)
Angle θ (degrés)Rapport Iₜ / I₀3060900.51.00.00.25
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Le résultat est identique (aux arrondis près) à celui trouvé à la question 2. Cela démontre la cohérence interne de la théorie. Nous avons deux chemins de calcul différents (via les amplitudes ou via les intensités directement) qui mènent au même résultat.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

N'oubliez pas le carré sur le cosinus ! C'est l'erreur la plus classique. L'intensité n'est pas \(I_0 \cos(\theta)\), mais bien \(I_0 \cos^2(\theta)\).

Points à retenir (pour maîtriser la question)

La loi de Malus, \(I_{\text{t}} = I_0 \cos^2(\theta)\), est la formule clé à retenir pour toute interaction entre une onde polarisée linéairement et un polariseur idéal.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les photographes utilisent des filtres polarisants circulaires (CPL) qui sont un peu plus complexes. Ils combinent un polariseur linéaire avec une lame à retard pour que la lumière qui entre dans l'appareil ne soit plus polarisée, évitant ainsi des problèmes avec les systèmes autofocus modernes.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
La loi de Malus confirme que l'intensité transmise est bien d'environ \(0.033 \ \text{W/m}^2\).
A vous de jouer (pour vérifier la compréhension)

En utilisant la loi de Malus, quelle serait l'intensité transmise pour \(\theta=30^\circ\) (sachant \(I_0 \approx 0.133 \ \text{W/m}^2\)) ?

Question 4 : Angle pour une intensité de 25%

Principe (le concept physique)

Il s'agit de l'opération inverse de la question précédente. Connaissant le rapport souhaité entre l'intensité de sortie et l'intensité d'entrée, nous devons trouver l'orientation du filtre qui produit ce résultat. Cela revient à résoudre une équation trigonométrique simple.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

Pour résoudre une équation de la forme \(\cos^2(\theta) = A\), on procède en deux étapes : 1) On prend la racine carrée : \(\cos(\theta) = \pm\sqrt{A}\). 2) On applique la fonction trigonométrique inverse, l'arccosinus : \(\theta = \arccos(\pm\sqrt{A})\). L'arccosinus donne un angle, généralement entre 0° et 180°.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Gardez à l'esprit la forme de la fonction \(\cos^2(\theta)\). Elle est symétrique par rapport à 0° et périodique. Cela signifie qu'il y aura souvent plusieurs angles qui donnent le même résultat. Cependant, dans un contexte physique, on se limite souvent à l'intervalle [0°, 90°] qui décrit toutes les interactions uniques.

Normes (la référence réglementaire)

Les règles de résolution d'équations et les propriétés des fonctions trigonométriques inverses relèvent des mathématiques standard.

Formule(s) (l'outil mathématique)
\[ \theta = \arccos\left(\sqrt{\frac{I_{\text{t}}}{I_0}}\right) \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • On cherche la solution la plus simple, c'est-à-dire l'angle aigu positif (\(\theta \in [0^\circ, 90^\circ]\)).
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Rapport d'intensité\(I_{\text{t}} / I_0\)0.25sans dimension
Astuces (Pour aller plus vite)

Reconnaître des carrés parfaits simplifie la vie. Ici, \(\sqrt{0.25} = 0.5\). Savoir que \(\arccos(0.5) = 60^\circ\) est une connaissance de base en trigonométrie qui vous évite d'utiliser la calculatrice.

Schéma (Avant les calculs)
Lecture inverse sur le graphique de la Loi de Malus
Angle θ (degrés)Rapport Iₜ / I₀3060900.51.00.00.25
Calcul(s) (l'application numérique)

Résolution de l'équation

\[ \begin{aligned} \cos^2(\theta) &= 0.25 \\ \Rightarrow \cos(\theta) &= \sqrt{0.25} \\ &= 0.5 \\ \Rightarrow \theta &= \arccos(0.5) \\ &= 60^\circ \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Configuration pour Iₜ = 0.25 I₀
E₀Axe à 60°60°
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Nous retrouvons l'angle de l'énoncé de départ. C'est une vérification de cohérence. Cela montre que pour réduire l'intensité au quart de sa valeur, il faut un angle de 60°. La relation n'est pas linéaire : pour un angle de 45° (la moitié de 90°), l'intensité n'est pas réduite de moitié, mais de \(\cos^2(45^\circ) = (1/\sqrt{2})^2 = 1/2\).

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

L'erreur classique est d'oublier la racine carrée. Calculer \(\arccos(0.25)\) directement donnerait \(\approx 75.5^\circ\), ce qui est incorrect. Il faut d'abord isoler \(\cos(\theta)\) avant d'appliquer l'arccosinus.

Points à retenir (pour maîtriser la question)

La maîtrise de cette question réside dans la capacité à manipuler algébriquement la loi de Malus pour isoler l'angle \(\theta\). C'est une compétence de résolution de problème essentielle.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les verres photochromiques qui foncent au soleil n'utilisent pas la polarisation, mais des molécules (comme le chlorure d'argent) qui changent de forme et absorbent la lumière lorsqu'elles sont exposées aux UV. C'est un processus chimique, pas un filtrage par orientation.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
Pour que l'intensité transmise soit 25% de l'intensité incidente, l'angle doit être de \(60^\circ\).
A vous de jouer (pour vérifier la compréhension)

Quel angle faudrait-il pour que l'intensité soit de 50% de l'intensité incidente ?

Question 5 : Cas où \(\theta = 90^\circ\)

Principe (le concept physique)

C'est le cas où la direction de polarisation de l'onde incidente est parfaitement orthogonale (perpendiculaire) à l'axe de transmission du polariseur. Dans cette configuration, aucune composante du champ électrique incident n'est alignée avec l'axe du filtre.

Mini-Cours (approfondissement théorique)

En algèbre vectorielle, la projection d'un vecteur \(\vec{A}\) sur un vecteur \(\vec{B}\) est nulle si les deux vecteurs sont orthogonaux. Le produit scalaire \(\vec{A} \cdot \vec{B} = ||A|| \cdot ||B|| \cos(\theta)\) est nul car \(\cos(90^\circ) = 0\). C'est l'équivalent mathématique de l'extinction totale observée physiquement.

Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)

Ce cas est fondamental. On l'appelle la configuration des "polariseurs croisés". Si vous placez deux polariseurs l'un après l'autre avec leurs axes à 90°, aucune lumière ne passe (en théorie). C'est le test le plus simple pour vérifier si des lunettes sont bien polarisantes : superposez-en deux et tournez-les de 90°.

Normes (la référence réglementaire)

Ce résultat est une prédiction directe et fondamentale de la théorie électromagnétique de la lumière.

Formule(s) (l'outil mathématique)

Formule de l'amplitude

\[ E_{\text{t}} = E_0 \cos(90^\circ) \]

Formule de l'intensité

\[ I_{\text{t}} = I_0 \cos^2(90^\circ) \]
Hypothèses (le cadre du calcul)
  • Le polariseur est idéal et bloque 100% du champ perpendiculaire. Dans la réalité, l'extinction n'est jamais parfaite, et une infime fraction de lumière peut subsister.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
ParamètreSymboleValeurUnité
Angle du polariseur\(\theta\)90\(^\circ\)
Astuces (Pour aller plus vite)

Le résultat \(\cos(90^\circ) = 0\) est immédiat. Inutile de faire un calcul complexe : dès que vous voyez des polariseurs croisés, le résultat pour l'intensité transmise est zéro.

Schéma (Avant les calculs)
Polariseurs croisés
E₀ (Vertical)Axe du polariseur (Horizontal)
Calcul(s) (l'application numérique)

Calcul de l'amplitude transmise

\[ \begin{aligned} E_{\text{t}} &= 10 \cdot \cos(90^\circ) \\ &= 10 \cdot 0 \\ &= 0 \ \text{V/m} \end{aligned} \]

Calcul de l'intensité transmise

\[ \begin{aligned} I_{\text{t}} &= I_0 \cdot \cos^2(90^\circ) \\ &= I_0 \cdot (0)^2 \\ &= 0 \ \text{W/m}^2 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Extinction de l'onde
E₀Axe (90°)Eₜ = 0
Réflexions (l'interprétation du résultat)

Lorsque l'axe du polariseur est à 90° de la polarisation de l'onde, le champ électrique incident est entièrement perpendiculaire à l'axe de transmission. Aucune composante du champ ne peut "passer" à travers le filtre. Par conséquent, l'onde est complètement absorbée ou bloquée. C'est le principe de l'extinction.

Points de vigilance (les erreurs à éviter)

Ne confondez pas ce cas avec celui de la lumière naturelle traversant un polariseur. Dans ce dernier cas, l'intensité est divisée par deux, pas annulée. L'extinction totale n'a lieu que pour une onde déjà polarisée rencontrant un polariseur orienté à 90°.

Points à retenir (pour maîtriser la question)

La configuration à 90° (polariseurs croisés) est le cas d'extinction maximale. L'amplitude et l'intensité résultantes sont nulles. C'est une propriété fondamentale et très utile de la polarisation.

Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)

Les écrans LCD utilisent ce principe. Chaque pixel est composé de cristaux liquides placés entre deux polariseurs croisés. En appliquant une tension électrique, on change l'orientation des cristaux, ce qui modifie la polarisation de la lumière qui les traverse et lui permet (ou non) de passer à travers le second polariseur, allumant ou éteignant ainsi le pixel.

FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
À \(90^\circ\), l'onde est complètement bloquée. L'amplitude et l'intensité transmises sont nulles.
A vous de jouer (pour vérifier la compréhension)

Si l'angle est de \(180^\circ\), quelle sera l'intensité transmise en fonction de \(I_0\) ? (Pensez à la signification physique d'un tour de \(180^\circ\))


Outil Interactif : Simulateur de Loi de Malus

Utilisez les curseurs pour faire varier l'amplitude de l'onde incidente et l'angle du polariseur. Observez en temps réel l'impact sur l'amplitude et l'intensité de l'onde transmise.

Paramètres d'Entrée
10 V/m
60 °
Résultats Clés
Amplitude Transmise (Eₜ) -
Intensité Transmise (Iₜ) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Que décrit la polarisation d'une onde électromagnétique ?

2. Selon la loi de Malus, si l'axe d'un polariseur est parallèle à la polarisation d'une onde incidente (\(\theta = 0^\circ\)), l'intensité transmise est :

3. Deux polariseurs sont dits "croisés" lorsque leurs axes de transmission sont...

4. Si une onde polarisée à \(45^\circ\) traverse un polariseur vertical (axe à \(0^\circ\)), quelle est l'intensité transmise ?

5. Que se passe-t-il lorsque de la lumière non polarisée traverse un premier polariseur ?


Glossaire

Polarisation Linéaire
État d'une onde électromagnétique pour lequel le vecteur champ électrique oscille le long d'une direction fixe au cours du temps.
Loi de Malus
Loi physique qui décrit comment l'intensité d'une onde polarisée linéairement est modifiée lorsqu'elle passe à travers un polariseur. Elle s'exprime par \(I_{\text{t}} = I_0 \cos^2(\theta)\).
Intensité d'une onde
Puissance transportée par l'onde par unité de surface, généralement mesurée en watts par mètre carré (\(\text{W/m}^2\)). Elle est proportionnelle au carré de l'amplitude du champ électrique.
Exercice : Effets de la Polarisation Linéaire sur une Onde

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Interactions Magnétiques avec le Césium-137
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Calcul d'Interaction Magnétique : Le Césium-137 Interactions Magnétiques avec le Césium-137 Contexte : Le Moment Magnétique NucléairePropriété d'un noyau atomique qui le fait se comporter comme un petit aimant, due au spin des protons et des neutrons qui le...

Calcul de la Vitesse de Phase d’une Onde
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Exercice : Vitesse de Phase d'une Onde Électromagnétique Calcul de la Vitesse de Phase d’une Onde Électromagnétique Contexte : Les Ondes ÉlectromagnétiquesUne onde électromagnétique est la propagation d'un champ électrique et d'un champ magnétique associés, qui...

Puissance Transportée par un Câble Coaxial
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Exercice : Puissance Transportée par un Câble Coaxial Puissance Transportée par un Câble Coaxial Contexte : Le Câble CoaxialUn type de câble électrique utilisé pour transmettre des signaux à haute fréquence. Il se compose d'un conducteur central, d'un isolant, d'un...

Calcul de la Densité Surfacique de Courant
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Calcul du vecteur de Poynting
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Exercice : Vecteur de Poynting Calcul du Vecteur de Poynting Contexte : Le vecteur de PoyntingLe vecteur de Poynting représente la densité de flux d'énergie (la puissance par unité de surface) d'un champ électromagnétique.. Quand on pense à l'énergie électrique, on...

Calcul de la densité moyenne d’énergie
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Exercice : Densité d'Énergie Électromagnétique Calcul de la Densité Moyenne d'Énergie Contexte : L'onde électromagnétiqueUne onde composée de champs électriques et magnétiques oscillants qui se propagent dans l'espace et transportent de l'énergie. La lumière est un...

Densité Énergétique en Électromagnétisme
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Exercice : Densité Énergétique en Électromagnétisme Densité Énergétique dans un Condensateur Plan Contexte : L'énergie stockée par les champs électromagnétiquesLes champs électrique et magnétique sont des régions de l'espace où des forces s'exercent sur les charges...

Temps de Décharge d’un Condensateur
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Exercice : Temps de Décharge d’un Condensateur Temps de Décharge d'un Condensateur dans un Circuit RC Contexte : Le Circuit RCUn circuit électrique composé d'une résistance (R) et d'un condensateur (C). Il est fondamental pour créer des filtres, des minuteries ou des...

Potentiel Vecteur d’un Courant Continu
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Exercice : Potentiel Vecteur d’un Courant Continu Calcul du Potentiel Vecteur d’un Courant Continu Contexte : Le Potentiel VecteurEn magnétostatique, le potentiel vecteur \(\vec{A}\) est un champ de vecteurs dont le rotationnel donne le champ magnétique \(\vec{B}\).....

Calcul de la fréquence de l’onde
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Calcul de la Fréquence d'une Onde Électromagnétique Calcul de la Fréquence d'une Onde Électromagnétique Contexte : L'onde électromagnétiqueUne onde composée de champs électriques et magnétiques oscillants qui se propagent dans l'espace. La lumière, les ondes radio et...

Théorème de Gauss pour une Sphère Chargée
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Exercice : Théorème de Gauss pour une Sphère Chargée Théorème de Gauss pour une Sphère Chargée Contexte : Électromagnétisme et le Théorème de GaussUn principe fondamental en électrostatique qui relie le flux électrique à travers une surface fermée à la charge...

Analyse de la Fréquence de Larmor dans l’IRM
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Champ électrique et potentiel électrique
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Exercice : Champ et Potentiel Électriques Champ Électrique et Potentiel Électrique Contexte : L'étude du mouvement d'une particule chargée, comme un électronParticule subatomique de charge négative qui gravite autour du noyau d'un atome., dans un champ électrique...

Calcul de la Densité de Charge
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Exercice : Calcul de Densité de Charge Calcul de la Densité de Charge Électrique Contexte : La Densité de ChargeLa densité de charge décrit comment une charge électrique est répartie dans l'espace. Elle peut être linéique (par unité de longueur), surfacique (par unité...

Calcul du Champ et du Potentiel Électriques
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Exercice : Champ et Potentiel Électriques Calcul du Champ et du Potentiel Électriques Contexte : L'électrostatique est la branche de la physique qui étudie les interactions entre les charges électriques immobiles. Deux concepts fondamentaux en découlent : le champ...

Calcul de la densité de courant (J)
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Fibres Optiques avec les Équations de Maxwell
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Étude des Modes de Résonance dans une Cavité
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Paramètres d’une Antenne Dipôle Simple
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Calcul des caractéristiques d’un transformateur
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Calcul de la portée d’un radar
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