Cours Bac Pro-11 V8 1- Les spectres
1-1 Spectre de la lumière blanche
On utilise une lampe à incandescence. La lumière émise est blanche. Un système dispersif : le prisme, permet de décomposer cette lumière.
On obtient un
spectre continu
, car toutes les couleurs se suivent sans interruption. Il est constitué deplusieurs couleurs
, on parle alors delumière polychromatique
.1-2 Spectre discontinu
En remplaçant une lampe par un laser, On obtient sur l’écran
une seule couleur
. On parle alors delumière monochromatique
.2- Spectre et longueur d’onde
Chaque couleur est associée à une longueur d’onde (lambda) unique.
① Quelle est l’unité de la longueur d’onde utilisée ?
② Dans le spectre visible, la plage lumineuse s’étale du rouge au violet. Quelle est la longueur d’onde de la radiation rouge ? Et de la radiation violette ?
Laquelle des deux radiations, a la longueur d’onde la plus courte.
Définition :
Une onde est caractérisée par sa longueur d’onde lambda qui correspond à la périodicité d’une oscillation, soit la distance entre deux oscillations maximales (1 période).
La longueur d’onde est une distance exprimée en mètres dans le système international.
En général on exprime en nanomètre ou en micromètre ( les longueurs d’ondes.
et
Résumé du cours
Spectre de la lumière blanche
Spectre d’un faisceau laser
Résumé du cours
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① Sur notre graphique, quelle est la radiation qui a la plus courte longueur d’onde ? Et la plus longue ?
② En vous aidant du graphique, déterminer la longueur d’onde des quatre raies colorées de ce spectre d’émission discontinu. Et convertir les mesures de chaque longueur d’onde en mètres.
3- Le spectre électromagnétique
La lumière blanche et ses composantes monochromatiques constituent la partie visible d’un immense domaine : les ondes électromagnétiques.
Les ondes électromagnétiques sont classées dans un ordre précis en fonction de leurs fréquences. Ou de leurs longueurs d’onde.
Le spectre électromagnétique comprend en autres les différentes couleurs du spectre visible mais aussi les ondes radio, les micro-ondes, les infrarouge, les ultra-violet, les rayons X et rayon gamma.
Les ondes se propagent dans le vide à la même vitesse, c’est la célérité : .
(Contrairement aux ondes sonores qui ne se propagent pas dans le vide).
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4- Période et fréquence d’une onde
Au passage de l’onde, on remarque que le canard monte et descend en reprenant sa position initiale au bout d’un certain temps. En reportant la position du canard sur le graphique on voit apparaître un motif élémentaire et se répèterait à nouveau dans le temps.
La
période
correspond au plus petit intervalle au bout du quelle le phénomène se reproduit. (Périodicité temporelle).Elle correspond à une durée, exprimée en secondes dans le système international.
On appelle
fréquence
, le nombre d’aller-retour que l’objet fait pendant 1 seconde. La fréquence s’exprime enHertz
. Plus les allers-retours du canard sont rapides plus la fréquence est grande.La fréquence correspond au nombre de période par seconde.
Les unités du système international : T : période en seconde et : la fréquence en Hertz.
5- Relation entre la période , la fréquence et la célérité
la relation devient : soit
Symbole
Grandeur La vitesse ou
célérité La période Longueur d’onde La fréquence Unité
En mètre par seconde
En seconde En mètre En Hertz
6- Applications
Exercice n°1 : Repasser sur les graphiques suivants une période et déterminer sa valeur en secondes.
Signal Période (T) en secondes Fréquence (ƒ) en Hertz
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Exercice n°2 : Une onde se propage à et une longueur d’onde de . 2-1 Convertir la longueur d’onde en mètres.
2-2 Calculer sa fréquence.
Exercice n°3 : Une onde se propage à et une longueur d’onde de . 3-1 Convertir la longueur d’onde en mètres et la vitesse en mètre par seconde.
3-2 Calculer sa fréquence.
Exercice n°4 : Avec un oscilloscope, on visualise un son émis avec un instrument de musique.
Déterminer la période et la longueur d’onde sachant que sa célérité est de .
Exercice n°5 : Déterminer la longueur d’onde , la période et la fréquence ; La célérité de l’onde est de .
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7- Relation entre Période , fréquence et longueur d’onde
Pour une onde lumineuse, la vitesse s’appelle célérité exprimée ne mètre par seconde, et la fréquence est représenté par la lettre nu exprimée en hetrz. La lumière peut être considérée comme une onde qui se propage dans l’air ou le vide. Dans ce cas on peut calculer une période, une fréquence et une longueur d’onde.
La période (T), la fréquence ( ), la longueur d’onde () et la célérité d’une onde lumineuse sont liés par les relations suivantes :
La célérité d’une onde lumineuse est égale à : . C’est une constante.
8- Application
Exercice n°1 : Calculer la période et la fréquence d’une radiation de longueur d’onde
Exercice n°2 : Le bluetooth utilise une fréquence de . (GigaHertz).
2-1 Convertir en Hertz la fréquence ; 2-2 Calculer la longueur d’onde de cette onde.
Exercice n°3 : Un laser He-Ne émet une lumière monochromatique de longueur d’onde
dans le vide . Quelle est la couleur émise par ce laser puis calculer sa fréquence .symbole
Grandeur Longueur d’onde Période Fréquence Célérité de l’onde Unités
internationales
Mètre (m)
Seconde (s)
Hertz (Hz)
Mètre par seconde
(m.s
-1) ou (m/s)
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9- L’effet de serre
Un bâtiment recouvert de vitres (une serre par exemple) laisse passer la lumière du soleil, mais empêche la chaleur qui se forme à l’intérieur ne se dissipe trop vite vers l’extérieur. Deux effets contribuent à retenir la chaleur prisonnière à l’intérieur de la serre :
→ Un effet purement mécanique : les vitres empêchent tout simplement l’air d’aller ailleurs. Elle est piégée à l’intérieur de la serre.
→ Un « effet de serre » qui correspond en fait à une opacité du verre à certains l’infrarouge : en réponse à l’énergie reçue de l’extérieur, le sol s’échauffe et émet à son tour des radiations infrarouges de plus courtes longueur d’onde. Ces nouvelles radiations sont alors réfléchies, car le verre est très opaque à ce type de rayonnement. Il participe donc à l’augmentation de la température.
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1- Aspect corpusculaire de la lumière
Albert Einstein a considéré en 1905 qu’un rayonnement lumineux monochromatique de longueur d’onde (), donc de fréquence ( ), est constitué d’un flux de particules, appelées photons. Chaque photon représente une quantité élémentaire d’énergie, appelée quantum d’énergie et proportionnelle à la fréquence ( ).
h : c’est la constante de Planck = 6,62 10
-34J/S c : célérité de la lumière = 3 10
8m/s
Autre unité de l’énergie utilisée couramment : l’électron-volt. 1 e.V. 1,6 10
-19 Joules2- L’effet photo-électrique
Un métal soumis à un rayonnement électromagnétique hautes fréquences (dans le domaine visible ou ultraviolet) émet des électrons : c'est l'effet photoélectrique.
La fréquence à partir de laquelle le métal éjecte des électrons dépend du métal.
Einstein va supposer qu'un électron du métal peut absorber un seul quantum d'énergie . Si cette énergie du rayonnement est supérieure à une certaine valeur, appelé travail d'extraction W, alors l'électron est arraché du métal, et on peut observer l'effet photoélectrique.
Cette découverte lui a valu le prix de Nobel de physique (1921).
Applications de ce phénomène : les cellules photo voltaïques, appareil photo numérique, photocopieur….
symbole
Grandeur Longueur d’onde Energie Fréquence Célérité de l’onde Unités
internationales
Mètre
Joule
Hertz
Mètre par seconde
(m.s
-1) ou (m/s)
Cours Bac Pro-11 V8 Données divers :
: constante de Planck =
: célérité de la lumière
Exercice n°1 : Calculer l’énergie d’une radiation en joules et en e.V. dont la longueur d’onde de la radiation : = 580 nm.
Exercice n°2 : Une radiation à une énergie égale à : . 2-1 Convertir l’énergie en Joules.
2-2 Calculer la longueur d’onde d’une radiation.
2-3 Quelle est la couleur de cette radiation.
