PHYSIQUE
Niveau : L3
Année scolaire 2017-2018
Traducteur : Dr. Bounseng BOUNTHONG
Mobile : 02029822860 Email : [email protected]
Chapitre VII : Ondes électromagnétiques 2 Leçon 20 : Ondes électromagnétiques . . . . 2 Leçon 21 : Quelques ondes électromagnétiques . . . . 13
Leçon 20 : Ondes électromagnétiques
1. Théorie d’onde électromagnétique de Maxwell
Le mérite de Maxwell a donc été de formaliser mathématiquement les équations qui établissent le lien entre l’électricité et le magnétisme. Il a reformulé la loi de Faraday sous forme intégrale et complété celle d’Ampère afin qu’elle soit aussi valable quand les champs dépendent du temps.
Il a mis une hypothèse : Si le champ magnétique varie en fonction du temps alors il crée un champ électrique. Dans le cas contraire, si le champ électrique varie en fonction du temps, est-il possible de créer un champ magétique ?
Maxwell a montré cette hypothèse : lors- qu’un champ magnétique varie en fonc- tion du temps, il crée un champ électrique dont les lignes du champ tournent autour les lignes du champ magnétique et lorqu’un champ électrique varie en fonction du temps, il a créé un champ magnétique de la même phénomène (voir la figure ci-après). La dé- monstration de Maxwell a été confirmé par l’expérience et on peut conclure que.
FIGURE 20.1 – Champ électrique et champ magnétique
1) Si∆Bvarie alors il crée un champ électrique ∆E; 2) Si∆E varie alors il crée un champ magnétique∆B;
3) Si ∆B et∆E varient progressivement alors ils créent un champ électrique et champ magnétique propageant comme une onde électromagnétique.
Le mouvement une onde électromagnétique qui crée par la variation du champ électrique et du champ magnétique, les lignes de forces d’un champ électrique et d’un champ magnétique sont perpendiculaires. L’onde électromagnétique est une onde transversale, elle a la même propriété que les ondes mécaniques : onde électromagnétique a une propriété de réflexion, de réfraction, diffraction et d’in- terférence. Onde électromagnétique peut se propager dans le vide à une vitesse environ 3×108 m/s, cette dernière est la célérité de la lumière dans le vide.
Donc, Maxwell a conclu quela lumière est une onde électromagnétique.
FIGURE20.2 – Propagation du champ électrique et du champ magnétique
Où C⃗ est le sens de la propagation d’onde et on constate que le sens du champ magnétique et le sens du champ électrique dans un point est validé la règle du tir bouchon de⃗E à
⃗B.
C⃗ =⃗E∧⃗B (20.1)FIGURE20.3 – Propagation d’onde électromagné- tique
Le spectre électromagnétique est la description de l’ensemble des rayonnements électromagnétiques classés par fréquence, longueur d’onde ou énergie. Le spectre électromagnétique s’étend théoriquement de zéro à l’infini en fréquence (ou en longueur d’onde), de façon continue. Pour des raisons tant historiques que phy- siques, on le divise en plusieurs grandes classes de rayonnement, qui s’étudient par des moyens particuliers à chacune d’entre elles.
FIGURE20.4 – Spectre électromagnétique
2. Circuit d’oscillation
2.1. Variation de charge dans le circuit d’oscillation
Étude un circuit d’oscillation qui constitue un condensateur C et une bobine L. Quand l’in- terrupteur est en position KA, on charge le condensateur. Lorsque la chargeqdu conden- sateur augmente de 0 à une valeur maximale Q le chargeur sera arrêter. Lorsqu’on bascule l’interrupteur en position KB le condensateur se décharge dans la bobine. Le circuit qui se compose un condensateur et une inductance branche en parallèle est appelé circuit d’os- cillation électrique ou circuit de Joule.
La création une onde est la même dans une oscillation ou oscillation électrique.
Une oscillation électrique est un électron qui est l’oscillateur lorsqu’on branche le circuit, le condensateurC se charge. Les charges emma- gasinées dans le condensateurC se déchargent dans la bobineL. Selon la loi de Lenz, lorsque le condensateur se décharge dans la bobine, la bobine, elle crée une force électromotrice in-
duite e. FIGURE20.5 – Oscillation électrique
Donc, lorque la charge se déplace deC versL fini, en même temps il y a des charges qui se déplacent de L versC et s’accumulent les charges dansC (le condensateur se charge à nouveau) puis décharge dans la bobine et ainsi de suite. Le processus de charge et décharge est une oscillation électrique voir la figure 20.5 (c).
L’oscillation électrique est non amortie si on rajoute la quantité de charge pour remplacer les pertes dues à la résistance (même principe que l’oscilla- tion harmonique forcée).
La fréquence d’oscillation électrique est donnée par : f = 1
2π√
LC (20.2)
La varition de charge dans chaque dipôle du condensateur est :
q=Qsin(ωt+φ) (20.3)
cette équation est la charge dans chaque dipôle du condensateur d’un circuit fermé LC, c’est une équation osccilateur harmonique de vitesse angulaire ω =√1
LC. Donc, une oscillation électrique est ressemle à une oscillation d’un système masse-ressort.
2.2. Oscillation électromagnétique
Déterminer la condittion initiale pour que l’équation (20.3) devient une équa- tion simple de la forme :
q=Qsinωt (20.4)
La différente de potentielle à l’instantt est calculée par : u= q
C = Q
C sinωt (20.5)
L’énergie instantanée du champ électrique dans le condensateur est calculée par
WE = 1
2qu= Q2
2Csin2ωt ou WE =Wsin2ωt (20.6) Le courant électrique due à la diminuation de charge électrique est calculée par
i=q′ =ωQcosωt (20.7)
L’énergie instantanée du champ magnétique dans la bobine est calculé par : WB= 1
2Li2= 1
2Lω2Q2cosωt Commeω2= LC1 etW = Q2C2 alors,
WB=Wcos2ωt (20.8)
L’énergie électrique maximale est :
WE+WB =Wsin2ωt+Wcos2ωt = Q2
2C =const. (20.9) cette dernière équation est l’énergie d’une source fournit au condensateur avant décharge dans le circuit électrique. Le problème ci-dessus, on peut conclu que :
1) L’énergie d’un circuit oscillation a une énergie électrique dans le conden- sateur et une énergie magnétique dans l’inductance ;
2) Une énergie électrique et une énergie magnétique du circuit électrique sont variées périodiquement à une même fréquence ;
3) L’énergie du circuit est conservée
L’oscillation électique ci-dessus est appelée :oscillation électromagnétique.
L’oscillation électromagnétique est une oscillation libre à une vitesse angu- laire ω = √1
LC, c’est la vitesse angulaire intérieure du circuit, l’oscillation due au champ électrique et au champ magnétique du circuit, ce n’est pas le champ électrique ou champ magnétique extérieur.
2.3. Oscillation forcée
Un circuit électrique qui n’a pas de résistance est un circuit idéal. En réalité, le circuit élecrique a toujours de la résistance du fil conducteur, une réactance inductive et l’autre résistance mais négligeable. La théorie et l’expérience nous montre que la résistance dans le circuit entraine une oscillation amortie, si la résistance est petite, il n’affecte pas la vitesse angulaire ω = √1
LC. Ce phénomène est ressemble au frottement du milieu extérieur dans l’oscillation amortie d’un pendule simple.
Étude un circuitRLC, lorsqu’on charge le condensa- teurC, on obtient un circuit électrique avec la vitesse angulaireω = √1
LC.
La résistance dans le circuit est important, alors l’os- cillation est rapidement amortie. Donc, le courant al- ternatif utilisé est un courant forcé, la différente de potentielle au dipôle permet une vitesse angulaire différenteω ̸=ω0, c’est la vitesse angulaire de la dif- férente de potentielle alternative.
L’oscillation forcée dans le circuit du courant alternatif est appelée oscilla- tion électromagnétique.
2.4. Oscillation électrique à haute fréquence
Le réseau électricité utilisé à domicile est courant alternatif de fréquence 50 Hz ou 60 Hz. En scientifique et en technique spéciale, par exemple la radio ou la télévision, on utilise un circuit électrique à haute fréquence (plusieurs milles hertz) en utilisant le condensateur de capacité faible dans le circuit, cette oscillation électrique est appelée oscillation électrique à haute fré- quence.
Les oscillations électique à haute fréquence sont utilisés dans les appariels d’émmeteurs et de récepteurs des signaux onde radio et télévision. L’énergie d’oscillation est plus grande que celle du circuitRLC plusieurs fois mais pas suffissant pour envoyer les signaux à une longues distances. Donc, on doit rajouter un circuit dans dans les appareils d’émmetteurs et récepteurs pour calibrer leurs fréquences spécifiques.
2.5. Circuit oscillation fermée et ouvert
Le circuit électromagnétique ci-dessus, la variation du champ électique s’ac- cumule dans le condensateur et le champ magnétique s’accumule dans la bobine. Cette oscillation électromagnétique est limité dans un espace et ne peut pas propager onde électromagnétique dans tous espace. Ce circuit est appelécircuit oscillation ferméfigure 20.6 (a).
FIGURE20.6 – Circuit oscillation
Pour que l’onde électromagnétique peut se propager dans l’espace, on utilise le circuit ouvert tel que les plaques du condensateur se placent à une distance non parallèles et les spires de la bobine non-jointives. Donc, une partie des forces électrique et magnétique se fuite à l’extérieure et une partie d’énergie électromagnétique se propage dans l’espace. Si le circuit est bien ouvert alors l’onde électromagnétique est bien se propage dans l’espace (figure 20.6 (b)).
Pour que le champ électrique se fuite du circuit maximal, on place les plaque du condensateur très loins et on place la bobine au milieu figure 20.6 (c).
En générale on utilise le sol comme une des plaques du condensateur figure 20.6 (d), dans ce cas le circuit oscillation ouvert devient un fil conducteur rectiligne, ce qu’on appelleantenne.
2.6. Antenne émettrice et antenne réceptrice d’onde électromagnétique Lorsqu’il y a une oscillation d’onde électromagnétique dans le fil d’antenne, les électrons libres oscillent dans la direction de l’antenne, ces électrons créent un champ magnétique varié et se propagent dans l’espace sous forme ondes électromagnétiques.
Pour qu’une oscillation électromagnétique n’est pas une oscillation amortie, on utilise l’appariel d’émetteur transistor et l’antenne pour propager l’onde électromagnétique, dans une antenne on met une bobineLapour qu’on puisse communiquer avec la bobineL, dans le circuit oscillation électromagnétique l’émetteur est appeléantenne émettrice figure 20.7 (a).
L’onde électromagnétique émet par l’antenne se propage dans l’espace, quand elle rencontre avec matériau conducteur, elle crée un courant varié dans le matériau à la même fréquence d’onde électromagnétique. Une partie d’éner- gie électromagnétique est transfert en énergie électrique induite dans le ma- tériau. Ce matériau est appeléantenne réceptrice figure 20.7 (b).
FIGURE20.7 – Circuit d’émetteur et récepteur d’un signal onde électromagnétique
Le circuit simple utilisé pour émetteur et récepteur le signal d’onde électro- magnétique est le circuit de Joule qui se compose un condensateurC et une bobineLbranche en parallèle, la qualité du signal d’émission et de réception est bonne si les fréquences d’émission et de réception sont égales
f1 = f2 ⇔ 1 2π√
L1C1 = 1 2π√
L2C2 (20.10)
L1
L2 =C2
C1 (20.11)
Le principe fondamental de la communication est une oscillation d’onde électromagnétique à haute fréquence dans une antenne qui crée un champ magnétique varier autour une antenne émettrice et se propage sous forme une onde électromagnétique, lorsqu’elle rencontre avec une antenne de récepteur, le champ électrique de l’onde électromagnétique est varié dans antenne ré- ceptrice à une fréquence égale à la fréquence d’oscillation magnétique de l’antenne émettrice. La communication par une onde électromagnétique a
été développé depuis un code du signal émission-réception à l’émission- réception du son, de la musique, de l’image en même temps par exemple : onde radio (sans fil) et la télévision.
Dans des études les applications ondes électromagnétiques dans la commu- nication, on constate que la forme et la caractéristique de surface de la Terre et l’ionisation de l’atmosphère est affecté dans l’émission une onde électro- magnétique. Donc, on a classé l’onde électromagnétique en niveau adapter et le but de la communication.
3. Communication par ondes électromagnétiques
Le physicien allemand Heinrich Hertz qui a découvert la méthode de créer une oscillation magnétique, l’émission-réception une onde électromagnétique et l’ap- plication une onde électromagnétique dans la communication. Le principe fon- damental de la communication est une oscillation d’onde électromagnétique à haute fréquence dans une antenne émettrice qui crée un champ magnétique va- rier autour une antenne émettrice et se propage sous forme une onde électro- magnétique, lorsqu’elle rencontre avec une antenne de récepteur, le champ élec- trique de l’onde électromagnétique est varié le courant dans l’antenne récep- trice à une fréquence égale à la fréquence d’oscillation magnétique de l’antenne émettrice. La première étude, on utilise une oscillation magnétique amortie dans l’émission la rayon électrique,
après on utilise l’émetteur une oscillation magné- tique forcée et non seulement la communication par émission et réception un signal codé en déter- minant le spectre magnétique courte-longue figure ci-contre.
Dans l’émission un son sans fil, l’oscillation d’onde sonore est converti en os- cillation magnétique par microphone. Selon la théorie, un microphone peut se développer une oscillation puis envoie par une antenne et se propage en une onde électromagnétique, un son acoustique peut envoyer à une longue distance mais en réalité, on ne peut pas faire parce qu’il y a qu’un champ électrique. La variation d’un aimant très rapide qui peut crée un champ magétique très forte, l’oscillation magnétique à la fréquence entre 10 et 20000 Hz ne peut pas créer un champ magnétique suffisamant forte pour envoyer par une antenne, elle peut créer une oscillation harmonique dans l’antenne réceptrice, lorsqu’elle reçoit cette oscillation, elle nous permet de savoir l’émetteur fonctionne ou pas. L’os- cillation magnétique dans le circuit microphone qui se compose les informations qu’on doit savoir (le son et le son acoustique) elle permet de créer une onde qui corresponde à onde de base fréquence et ne peut pas propager dans l’espace.
Pour résoudre ce problème et pour envoyer une onde à longue distance, on utilise une oscilla- tion magnétique à haute fréquence. L’oscilla- tion une onde sonore figure 20.8 (a) est la mo- dification de module d’oscillation à haute fré- quence, la figure 20.8 (b) est la modification le déplacement de l’oscillation à haute fréquence en une fréquence d’onde sonore appelée mo- dification le déplacement . Dans la figure 20.8 (c) est l’émission une onde de l’antenne sous forme la modification le déplacement ou on appelle onde AM (Modulation d’Ampli- tude). L’onde électromagnétique à haute fré- quence ramène le signal d’onde sonore pro- pageant dans l’espace. Donc, on appelle onde transmission.
FIGURE20.8 – Oscillation une onde sonore
4. Émission d’une onde électromagnétique Dans des études les applications ondes élec- tromagnétiques dans la communication, on constate que la forme et la caractéristique de surface de la Terre et l’ionisation de l’atmo- sphère est affecté dans l’émission une onde électromagnétique. Donc, on a classé l’onde électromagnétique en niveau adapter et le but de la communication.
FIGURE20.9 – Émission une onde radio
4.1. Onde radio AM
L’émission un signal d’onde radio ou la communication dans le système AM, on utilise la fréquence entre 530- 1600 kHz ou la longueur d’onde entre 566-187 m. La communication dans ce système est utilisée onde sonore avec onde radio appelée onde trans-
mission. FIGURE 20.10 – Émission une onde radio AM
Si la fréquence plus base que 530-1600 Hz appeléeondes longues(λ >566 m) et si fréquence plus petite que 530-1600 Hz appeléeondes courtes(λ <
187 m).
La fréquence d’émission de radio AM est constante mais l’amplitude d’onde transmission est varié selon le signal d’onde sonore. Dans l’émission du signal dans l’air, il y a des ondes électromagnétiques d’autres sources par exemple : la foudre, le tonnerre, ... l’amplitude des ondes sonores se varient et il y a des perturbations à récepteur du signal AM.
4.2. Onde radio FM
Onde radio dans le système FM (mo- dulation de fréquence) est une combi- naison des signaux ondes sonores et ondes transmissions qui permettent la fréquence d’ondes transmissions va-
rier en fonction du signal du son. FIGURE 20.11 – Émission une onde radio FM
L’émission une onde radio FM, sa fréquence est entre 88-108 MHz ou sa longueur d’onde est entre 2.8-3.4 m. La différente entre l’émission d’onde radio AM et FM est la méthode de combinaison d’onde. Donc, le récepteur onde radio AM ne peut pas recevoir l’onde radio FM.
Dans l’émission par une onde radio AM, onde peut se propager vers le ré- cepteur par deux façons : elle se déplace rectiligne sur le plan horizontal vers le récepteur, on appelle onde de sol et elle se déplace jusqu’au niveau ionosphère puis réfléchie vers le récepteur, on appelleonde aérienne.
L’émission de radio FM, sa fréquence est plus haute que celle d’AM. Onde radio FM est réflecté dans l’ionosphère très peu. Donc, on ne peut pas utiliser onde aérienne, on utilise que l’onde de sol.
Onde radio peut réflecter à l’ionosphère puis réflecter vers le sol mais la réflexion d’onde radio à l’ionosphère est diminuée progressivement lorsque sa fréquence augmente. Donc, on émet une onde radio vers le récepteur par un poteau sur terre ou par une station et le récepteur doit installer une haute antenne.
4.3. Onde télévision
Une onde télévision est une onde électromagnétique de fréquence 108 Hz, onde électromagnétique de fréquence de ceniveau, elle ne réflectée pas au niveau ionosphère mais elle traverse l’ionosphère à extérieure de la terre.
Donc, l’émission d’une onde télévision à longues distances, on doit utiliser les stations de transmissions, pour envoyer une onde télévision d’une station à l’autre, on doit augmenter le signal via l’amplificateur, le signal télévi- sion peut se déplacer rectiligne à une distance environ 80 km sur la surface de la terre. Comme la surface de la terre n’est pas plat alors on utilise le micro-onde transport le signal de télévision d’une station à une stellite qui se déplace dans son orbite à la même vitesse angulaire que celle de la révolu- tion de la terre mais si on compare à un point fixe sur la terre, elle est reste au repos. Puis la stellite envoie le signal à la station de répception sur la terre.
FIGURE20.12 – Émission d’onde télévision à longue distance et les utiles des micro-ondes
4.4. Micro-ondes
Les micro-ondes sont des rayonnements électromagnétiques ou des ondes électromagnétiques de longueur d’onde 10−3−0.3 m ou de fréquence 109− 3×1011 Hz et on peut utiliser les micro-ondes dans les communcations.
Actuellement, on utilise le micro-onde de fréquence 2400 MHz pour faire la cuisine, capter la photo des étoiles, étudier les univers car les micro-ondes sont bien réflectés des surfaces de la terre. Donc, on utilise pour détecter (communiquer) l’avion, l’astronaute, la roquette, ... ce détecteur est appelé radar. La composition et le fonctionnement d’un radar : Un radar est un émetteur et un récepteur d’ondes électromagnétiques, la partie émettrice du radar crée, émet, une onde électromagnétique vers une direction précise, appelons-la OEM pour onde électromagnétique. L’OEM file à travers l’air à la vitesse de la lumière. Si elle rencontre un obstacle, une partie de l’OEM est réfléchie vers l’appareil radar. L’appareil radar détecte ce retour et en dé- duit la présence d’un obstacle, c’est la fonction detection de (Radio Detec- tion And Ranging). Comme l’appareil radar a été construit de façon à savoir quand il a envoyé l’OEM et quand il a détecté le retour de l’OEM réfléchie, il connaît la durée séparant ces deux moments ; il peut alors calculer la distance entre lui et l’obstacle détecté en se basant sur la vitesse connue de l’OEM.
Exercices
1. Comment se crée un champ magnétique selon la théorie de Maxwell ?
2. Quelles sont des compositions d’un circuit Joule ? Comment branchons ce cir- cuit ?
3. Expliquer la variation des quantités de charge q dans le circuit électrique ? 4. Pourquoi l’oscillation d’un circuit est appelée oscillation magnétique ?
5. Qu’est-ce qu’une antenne ? Quels sont les rôles d’antenne émettrice et récep- trice ?
6. Quels sont les principes fondamentaux de la communication ? 7. Qulles sont les différentes d’émission une onde radio AM et FM ? 8. Quelles sont des réfléchies d’ondes radio dans la couche ionosphère ?
9. Pourquoi l’émission un son dans le système FM ne peut pas utiliser onde aé- rienne ?
10. Une onde électromagnétique de longueur d’onde λ1 = 0.1 nm et λ2 = 6 cm.
Quelle est le nom électromagnétique correspondant et quelle est sa fréquence ? 11. Un circuit Joule qui se compose une inductance de 10µH et un condensateur de
capacité 30µF branche en parallèle. Calculer la fréquence de ce circuit.
12. Une station radio émet une onde de fréquence 1.02×108 Hz. Calculer sa lon- gueur d’onde ; si la vitesse d’onde électromagnétique est 3×108 m/s et pour recevoir cette onde, combien de longueur d’onde minimale de l’antenne doit-on installer ?
Leçon 21 : Quelques ondes électromagnétiques
1. Le rayon infrarouge
Le rayon infrarouge a été découvert par Sir William Herschel en 1800. Le rayon- nement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique, il est la lumière invisible à l’œil humain, pouvant être décrit comme une onde électromagnétique de fréquence 1011−1014 Hz et de longueur d’onde 10−6−10−3 m. Le rayonne- ment IR émis par tous les corps dont la température est compris entre −200◦C et 400◦C. La peau d’être humain peut recevoir quelques intervalle de longueur d’onde des rayonnements infrarouges, qulques types des films peuvent détecter les rayons infrarouges. En général, quelques être vivants peuvent émettre des infrarouges et les infrarouges peuvent pénètre les nuages de grandes d’épais- seurs et les brouillardes tandis que les lumières visibles ne peuvent pas. Donc, on utilise les rayons infrarouges dans le système de téléscope pour aider de voir les choses dans la nuite et utilise pour prendre les photos de la terre depuis une stellite. Les appareils photos thermiques peuvent détecter les chleurs des objets, les circulations du sange dans le corps humain, les chaleurs dans les appareils électriques et peuvent aussi de contrôler les roquettes vers la cible.
FIGURE21.1 – Comparaison des photos avec coleur blanche et infrarouge
Les appareils technologies aujourd’hui utilisent le fibre optique et l’onde trans- mission est le rayonnement infrarouge, si on utilise les autres lumières, ils per- turbent très facilement.
2. Les lumières visibles
Lumière visible est un rayonnement électromagnétique de fréquence environ 4×1014−8×814 Hz et de longueur d’onde 400−700 nm (c’est la partie très étroite du spectre électromagnétique perceptible par notre œil). Les corps chau- fés à haute température peuvent émettre des lumières par exemple le four d’une lampe sa température est 2500◦C, la température à la surface du soleil est environ 6000◦, ... c’est dans cette portion du spectre que l’on peut distinguer l’ensemble des couleurs de l’arc en ciel, du violet au rouge. Il s’étend d’environ 400 nm- lumière violet à environ 800 nm-lumière rouge, les autres couleurs sont orange, jaune, vert, bleue et indigo. La composition ces couleurs de quantité adapter, on obtient la couleur blanche voir la figure ci-dessous.
FIGURE21.2 – Rayonnement électromagnétique et spectre visible
La pluspart des lumières produisent par les corps chauffés à haute température et de plusieurs fréquences créent en même temps selon de niveau de température.
La température du feu de brûlé du bois est plus base que le feu du four des gaz. Donc, on voit que le feu de brûlé du bois est plus rouge que le feu du four des gaz. Quelques lumières ne dépendent pas de la température par exemple : la lumière de l’écran de la télévision, la lumière du Lucioles, lumière du tube fluorescente, la lumière d’un champignon fluorescent.
Comme la lumière est un rayonnement électromagnétique même que l’onde radio. Donc, on utilise onde lumineuse comme onde transmission même que l’onde radio et télévision. Mais ondes lumineuses qui créent par les corps chauf- fés ne peuvent pas utiliser comme onde transmission car elles se composent de plusieurs fréquences différentes et de phases différentes. Actuellement on utilise l’appareil lumineuse comme le laser, c’est la lumière n’utilise pas la chaleur, il y a une expérience réusite de composition le laser avec le signal son et image.
Le laser est un rayonnement électromagnétique (ou un système de faiseau pho- tonique) et une source laser associe un amplificateur basé sur l’effet laser à une cavité appelé résonateur. Actuellement, le laser est plus généralement vu comme une source possible pour tout rayonnement électromagnétique, dont fait partie la lumière. Les longueurs d’ondes concernées étaient d’abord les micro-ondes, puis elles se sont étendues aux domaines de l’infrarouge, du visible, de l’ultraviolet et commencent même à s’appliquer aux rayons X. Le laser peut être pulsé ou continu. Donc, le laser est utilisé dans de nombreux domaines d’application, de l’industrie jusqu’à la médecine. Citons quelques exemples aussi variés qu’inso- lites :
1) La gravure CD, DVD laser
2) La lecture de code-barres pour lire les informations stockées
3) En industrie : on utilise le laser pour découper la matière (métal, bois) grâce à la grande quantité d’énergie concentrée sur une très faible surface, pour un forage et laser fusion, ...
4) En médecine : on utilise pour détruire le tumeur, cancer, ...
5) Dans la recherche : étude structure atomiques, interaction chimique, identi- fier des isotopes
6) Communication par la fibre optique
7) Pour mesurer des distances, pour tester des matériaux, pour analyser l’envi- ronement extérieur, pour compter et contrôler des productions
8) Imprimerie et conception de document, les paneaux de publications 9) Divertissement : réaliser un déssin animer
3. Les rayons ultraviolets
Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique de fré- quence 1015−1018 Hz. Les rayons ultraviolets qui produisent les particules chargées libres et les les ions dans l’ionosphère, ils sont capables de casser de nombreuses molécules organiques en suspension dans l’air ou dans les eaux su- perficielles. Les rayons ultraviolets ne peuvent pas traverser des obstacles de grande d’épaisseur mais ils peuvent détruire de qulques bactéries. En médecine, on utilise le rayon ultraviolet pour traiter la dermatite, les ultraviolets sont la cause du bronzage mais, à haute dose, sont nocifs pour la peau (provoquer un vieillissement prématuré de la peau (rides)) et l’œil. Heureusement pour nous, une grande part des ultraviolets est stoppée par l’ozone atmosphérique qui sert de bouclier protecteur des cellules. Donc, les lumières du soleil qui arrivent sur terre contiennent les quantités des rayons UV faibles, ils ne sont pas nocifs pour être vivant.
Les rayons ultraviolets peuvent créer à partir d’un courant qui passe le tube basse pression à vapeur de mercure, la vapeur de mercure a reçoit l’éner- gie des électrons du courant puis émet les rayons ultraviolets faibles, le verre ne laisse pas passer les UV mais le quartz les laisse passer. Donc, le tube d’ultraviolet (ou tube de fluorescence) est produit par le quartz. La vapeur de mercure excitée à cette pression émet un spectre ultraviolet. L’ajout de poudres fluorescentes sur les parois intérieures de l’ampoule permet de transformer cette énergie en
rayonnement visible (fluorescence). FIGURE21.3 – Rayons utraviolets
Dans la fusion métallique par l’électricité, elle émet un spectre ultraviolet très fort, il est nocif pour l’œil. Donc, pour protéger l’œil des rayons ultraviolets, le métallurgiste doit porter les lunettes noires.
4. Les rayons X
Le rayon X est un rayonnement électromagné- tique de fréquence 1017−1021 Hz et de lon- gueur d’onde 10−13−10−9 m.
Ces sont les rayonnements très énergétiques traversant plus ou moins facilement les corps matériels, ils sont utilisés notamment en mé- decine pour les radiographies, dans l’indus- trie (contrôle des bagages dans le transport aé- rien), et dans la recherche pour l’étude de la
matière (rayonnement synchrotron). FIGURE21.4 – Applications des rayons X
5. Les rayons gamma
Les rayons gamma sont les rayonnements électromagnétiques, leurs fréquences sont plus grandes que les rayons X. Ils sont dus aux radiations émises par les éléments ra- dioactifs et ils proviennent des rayons cos- miques (ou les particules chargées accé- lérées. Ils sont très énergétiques, ils tra- versent facilement la matière et sont très dangereux pour les cellules vivantes.
FIGURE21.5 – Noyau atomique
Exercices
1. Quels les caractéristiques des infrarouges ? 2. Quels sont les applications des infrarouges ?
3. Quelles sont les longueurs d’onde des lumières visibles de différentes couleurs ? 4. Pourquoi les lumières qui produisent par les corps chauffés ne peuvent pas utili-
ser comme ondes transmissions ?
5. Comment se créent les lumières visibles (couleur blanches) des lampes fluores- cents ( ou tubes fluorescences) ?
6. Quelles sont les points resembles et différentes des rayons X et gamma (γ) ?
