Champ (physique)

En physique, un champ est la donnée, pour chaque point de l'espace-temps, de la valeur d'une grandeur physique. Cette grandeur physique peut être scalaire (température, pression...), vectorielle (vitesse des particules d'un fluide, champ électrique...) ou tensorielle (comme le tenseur de Ricci en relativité générale). Un exemple de champ scalaire est donné par la carte des températures d'un bulletin météorologique télévisé : la température atmosphérique prend, en chaque point, une valeur particulière. La notion de champ est plus particulièrement adaptée à l'étude des milieux continus (mécanique des milieux continus, mécanique des fluides) ainsi qu'à celle des phénomènes électromagnétiques. Elle est indispensable à un traitement efficace des phénomènes ondulatoires. [1]

Pour les articles homonymes, voir Champ et Champ de force.

Typologie

Les champs peuvent être classés d'après la nature mathématique de la fonction représentative, à savoir d'après les propriétés de transformation de cette fonction dans une transformation du système de coordonnées.

Sont alors distingués :

  • le champ scalaire ou tensoriel d'ordre zéro ;
  • le champ vectoriel ou tensoriel du premier ordre, transformation identique à celle d'un vecteur ;
  • le champ tensoriel d'ordre ⊂ 2, transformation identique à celle des produits de 2, 3..., n composantes d'un vecteur.

Cette classification n'est pas exhaustive. En effet, en mécanique quantique, par exemple, il existe des champs encore plus généraux, tels que le champ spinoriel.

Notion de champ en physique

Dans le cadre de la mécanique classique, le champ n'est qu'une manière de décrire les interactions élémentaires. Cette notion peut avoir des avantages formels dans l'écriture des relations ou bien faciliter certaines études. Par exemple, l'accélération d'une particule soumise uniquement à la force de gravitation de Newton est donnée directement par la valeur du champ gravitationnel.

Dans le cadre de l'électromagnétisme, dans la forme moderne qu'il a pris à partir de James Clerk Maxwell, le champ n'est plus seulement un "artefact" de calcul équivalent à la notion de "force à distance". En effet, le caractère fini de la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques fait du champ une notion indispensable à la description des phénomènes électromagnétiques. Ainsi, la loi de Coulomb qui décrivait les interactions électrostatiques en termes de "force à distance" avant l'avènement de la notion de champ, n'est rigoureusement vraie que dans une approximation statique, c'est-à-dire, lorsque les sources du champ sont fixes et produisent un champ invariable au cours du temps. En règle générale, les forces s'exerçant sur une particule à un instant donné ne sont plus définies par les positions des particules à ce seul instant.

Dans le cadre de la relativité générale, on prend aussi en compte la vitesse de propagation des interactions gravitationnelles. Le champ gravitationnel acquiert donc une réalité physique intrinsèque semblable à celle du champ électromagnétique décrit par Darren James.

Les champs de forces

Selon le type de l'interaction, on distingue différents champs de force :

Notes
  1. Lecture 1 | Quantum Entanglements, Part 1 (Stanford), Leonard Susskind, Stanford, Video explaining fields with the examples of temperature, 2006-09-25.
  • Portail de la physique
Cet article est issu de Wikipedia. Le texte est sous licence Creative Commons - Attribution - Partage dans les Mêmes. Des conditions supplémentaires peuvent s'appliquer aux fichiers multimédias.