1 - LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES 1ere Partie

Longueurs d'onde des différents domaines et photon

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La séquence comprend :

  • Chapitre A : Longueurs d'onde des différents domaines
  • Chapitre B : Le photon

Les ondes électromagnétiques

Objectifs généraux :

  • Connaître les différents domaines des ondes électromagnétiques.

  • Connaître la célérité de la lumière dans le vide.

  • Connaître la relation donnant l’énergie d’un photon.

  • Connaître les dangers des rayonnements électromagnétiques.

Comprendre les divers phénomènes lumineux a amené les scientifiques à s'interroger sur la nature même de la lumière et son mode de propagation.

Ces recherches ont permis de présenter la lumière sous deux aspects :

    - le modèle ondulatoire (ou vibratoire) de la théorie de Maxwell (1873) sur les hypothèses d'Huygens (1678) reprises par Fresnel (1819).

    - le modèle corpusculaire de la théorie d'Einstein (1905) sur les hypothèses de Planck (1900).


Ch A - Longueurs d’onde des différents domaines

            La lumière se propage sous forme d'ondes


            1 - Échelle des longueurs d’onde         

Les ondes hertziennes, les micro-ondes, les radiations infrarouges, la lumière, les rayons ultraviolets, les rayons X, les rayons γ sont des ondes électromagnétiques.

Nous pouvons classer les ondes électromagnétiques par leur longueur d’onde.

La longueur d’onde d’une radiation lumineuse est la distance parcourue par l’onde pendant une période de vibration T de la source. On la note λ. Son unité est le mètre (m).

        Échelle des longueurs d’onde pour les différents domaines

Odoo CMS - une grande photo











           

            2 - Célérité de la lumière

Les ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse de la lumière c dans le vide et dans l’air et à une vitesse v plus faible dans les autres milieux.                            
La vitesse de propagation (ou célérité) d’une onde est notée c. Son unité est le ...................................soit .......... ou ..........
Dans le vide (mais aussi dans l’air) la valeur de la célérité de la lumière est : c = 300 000 km.s-1.
La célérité de la lumière dépend de la nature du milieu traversé.
    Par exemple dans l’eau : ceau = 2,26.10^8 m/s ;
                        dans le verre : cverre = 2,00. 10^8 m/s.
            

            3 - Longueur d’onde et fréquence

Une onde est un phénomène vibratoire qui se propage.
Tout phénomène vibratoire est caractérisé par la fréquence (et la période) de la source.

    - La fréquence est le ......................... de vibrations par .......................
    On la note .......... ou ............. Son unité est le ............ (.......)
    Rappels : 1 kHz = .............. Hz ; 1 MHz = .................. Hz ; 1 GHz = .............. Hz
- La période est la ......................... d'une vibration.
On la note .......... Son unité est la ......................... (......)
Rappels : 1 ms = .................s ; 1 µs = ....................s
période et fréquence sont liées par la relation : .................. = ............................

La longueur d’onde d'une radiation lumineuse est la distance parcourue par l'onde pendant une période de vibration T de la source.

On la note ........... Son unité est le ......................... (.......)

On admettra que la longueur d’onde d’une onde électromagnétique est liée à sa période T et à sa fréquence ν par la relation :

                λ  = cT  = c /ν        où c est la célérité de la lumière.

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Ch B - Le photon

 La lumière se propage sous forme corpusculaire


            1 - Le photon 

Les ondes électromagnétiques, des ondes radio aux rayons gamma, sont toutes constituées de photons. Le concept de photon a été développé par
Albert Einstein à partir de 1905 pour expliquer des observations expérimentales comme l’effet photoélectrique.
Lorsqu’on éclaire un métal par de la lumière, un électron peut être extrait si l’énergie du photon est suffisante (effet photoélectrique).
Odoo image et bloc de texte
À toute onde électromagnétique on peut donc associer un corpuscule énergétique se propageant à la vitesse de la lumière, le photon.
On admettra qu’une onde électromagnétique peut s’interpréter comme un « flux » de photons.


            2 - Énergie d’un photon
L’énergie E d’un photon (en J) est liée à la fréquence ν du rayonnement par la relation : E  = hν = hc / λ .

Odoo CMS - une grande photo

Les modèles ondulatoire et corpusculaire sont complémentaires et compatibles.

L'aspect ondulatoire ou corpusculaire d'une O.E.M. est lié à son champ d'application :

    domaine des grandes longueurs d'onde (ondes hertziennes) ---->  aspect ondulatoire

    domaine des courtes longueurs d'onde (rayons X, rayons gamma ) ---->  aspect corpusculaire


Résumé

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