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Kit Ondes centimétriques  « Complément Michelson » (réf. 204 619)


  • Programmes CPGE et Université : "Démonstration et mise en évidence de l’universalité des lois de l’électromagnétisme",
  • Ensemble pédagogique facile à mettre en œuvre et qui complète utilement votre kit Ondes Centimétriques (204 029).


Matériel nécessaire
  • Un émetteur et un récepteur d’ondes cm (non fournis)
  • Une sonde de mesure (non fournie)
  • Une lame séparatrice
  • Deux miroirs métalliques
  • Une plaque de maintien des éléments

Principe :

Les ondes de longueur d’onde centimétrique (ou hyperfréquences) appartiennent au domaine électromagnétique, au même titre que la lumière (longueur d’onde de l’ordre du micromètre). Nous pouvons donc transposer toutes les lois de l’optique à ce domaine, sous la condition d’adapter les matériaux utilisés.



Lorsqu’une onde électromagnétique est séparée sur deux bras, puis est recombinée après réflexion, sous certaines conditions, des franges d’interférences vont se créer. La mesure de l’interfrange permet de remonter à certaines caractéristiques du système comme la longueur d’onde de la source émettrice (ici un émetteur hyperfréquences).

Ainsi, les ondes cm permettent la réalisation d’un interféromètre de Michelson. Une lame séparatrice partage le faisceau incident en deux ondes qui seront ensuite réfléchies par le miroir fixe Mf  et par le miroir mobile Mb avant d’être recombinées, puis détectées par le récepteur hyperfréquence.

Lorsque les deux ondes sont cohérentes entre elles, une interférence constructive est créée et inversement, lorsqu’elles sont en opposition de phase, des interférences destructives sont présentes. Ceci a lieu lorsque la différence de chemin optique est égale à
δ = (m +1/2) λ, avec m entier.

Ainsi, pour différentes positions du miroir mobile, des interférences destructives (minimum de signal) sont décelées. Comme , on peut écrire que :



Ainsi la longueur d’onde λ de l’émetteur s’exprime de la manière suivante
[3]


Préparation du Kit :

Ce produit est conçu pour être simple et rapide d’utilisation :
  • Positionnements prévus pour les différents éléments
  • Pivots de rotation pour le miroir fixe et la lame séparatrice
  • Déplacement du miroir mobile sur glissières associées à un réglet de mesure.

NB : émetteur, récepteur et sonde de mesure non fournis dans le kit 204 619


Mesure de la longueur d'onde de l'émetteur hyperfréquence :
  • Positionner l’émetteur et le récepteur aux emplacements prévus.
  • Installez ensuite les miroirs (fixe et mobile).
  • Orientez correctement la séparatrice à 45° de l’onde incidente.
    • Éventuellement, vous pouvez ajuster finement l’orientation en faisant la mesure du signal avec une sonde hyperfréquences avant et après la lame.
  • Une fois la séparatrice correctement orientée, vous pouvez commencer la mesure de minima :
    • Déplacer le miroir mobile le long de l’axe gradué.
    • Des minima de signal sonore (ou mesurables via un voltmètre) sont alors repérables : ce sont l’équivalent des franges « noires » en optique.
    • Repérer alors la distance entre plusieurs minima successifs puis déduisez-en la longueur d’onde de l’émetteur.


Résultats obtenus :

A l’aide la pente de la courbe et de la relation [3], , nous pouvons déduire que la longueur d’onde de l’émetteur est de 3,15 cm ± 0,1 mm pour une valeur théorique de 3,16 cm (9,5 GHz).



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