Faire taire une radio

Une petite radio à piles enfermée dans une boîte métallique devient instantanément silencieuse, L’expérience échoue si l’on remplace la radio par un réveil. Cette expérience illustre le principe de la cage de Faraday, ainsi que la différence entre une onde électromagnétique et une onde sonore.


Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un petit poste de radio à piles ;

  • une boîte métallique plus grande que le poste de radio, par exemple une grande boîte de conserve, un bidon métallique, une cage métallique dont les barreaux sont serrés ou tout simplement un seau recouvert de papier d’aluminium.

Montage et réalisation

Régler le poste de radio sur un émetteur radio de fréquence quelconque et régler le volume pour que le son soit bien audible dans la pièce. Placer alors la radio dans une boîte métallique : on n’entend plus rien.
Si le son est encore perceptible, il faut fermer les ouvertures qui restent par du papier d’aluminium afin de constituer un écran complet aux ondes radio.
En remplaçant le poste de radio par un réveil, on peut vérifier qu’on entend bien la sonnerie du réveil et que la boîte métallique n’arrête pas les ondes sonores.
Si l’on de dispose pas d’une boîte métallique de taille convenable on peut en fabriquer une simplement en recouvrant un seau en plastique avec du papier d’aluminium. Pour le couvercle il suffit de prendre du papier d’aluminium. On peut aussi se contenter d’emballer la radio dans du papier d’aluminium.
L’expérience ne marche pas si le poste radio est alimenté par le secteur car le câble d’alimentation permet à l’appareil de recevoir les ondes électromagnétiques.

Explications

Les ondes électromagnétiques de fréquence inférieure à la fréquence dite de Langmuir du gaz d’électrons (environ 1015 Hz) sont réfléchies par les surfaces métalliques. L’espace situé derrière ces métaux ne reçoit donc plus d’ondes électromagnétiques. Dans l’expérience décrite ici la radio est complètement protégée de l’extérieur par l’écran métallique : elle ne peut donc recevoir aucune station. La présence d’ouvertures dans l’écran métallique peut avoir une influence qui dépend de la longueur d’onde. Les ondes électromagnétiques de fréquence plus élevée (c’est à dire de longueur d’onde plus courte) traversent plus facilement une ouverture que les ondes électromagnétiques de fréquence plus faible. C’est pourquoi l’expérience est plus facile à réaliser avec un émetteur d’ondes moyennes (voir les domaines de fréquences dans le tableau 1) qu’avec un émetteur d’ondes ultra courtes (modulation de fréquence, MF).

Fréquences de différents domaines de longueur d’onde:

ondes longues : fréquence 150 – 300 kHz ; longueur d’onde 1-2 km
ondes moyennes : fréquence 500 – 1600 kHz ; longueur d’onde 190-600 m
ondes courtes : fréquence 5,9-26,1 Mhz ; longueur d’onde 11,5-51 m
modulation de fréquence : fréquence 87,5 – 108 MHz ; longueur d’onde 2,8 – 3,4 m

Cette expérience permet aussi de montrer qu’on peut se servir d’un grillage métallique comme écran. L’onde électromagnétique ne peut pas traverser le grillage lorsque la longueur d’onde est très grande devant la taille des ouvertures. Si l’on ne veut pas aborder ce point, il vaut mieux présenter l’expérience avec un récipient métallique complètement fermé et sans grillage.

 

Remarques

Le câble coaxial constitue une application pratique de cet effet. Les câbles coaxiaux sont utilisés, par exemple comme câbles d’antennes, pour la transmission de signaux de haute fréquence. Dans ces câbles on trouve un conducteur central entouré d’un entrelacs cylindrique de fils de cuivre. La transmission du signal se fait entre le conducteur central et le conducteur cylindrique qui l’entoure : elle est donc totalement protégée des perturbations extérieures.

 

Références

Uel : Théorême de Gauss

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