Spectre de la lumière en physique-chimie Seconde - Vision et image

La lumière blanche est constituée des couleurs suivantes, classées par longueur d'onde croissante :

• 1 Violet (380-450 nm)
• 2 Indigo (450-475 nm)
• 3 Bleu (475-495 nm)
• 4 Vert (495-570 nm)
• 5 Jaune (570-590 nm)
• 6 Orange (590-620 nm)
• 7 Rouge (620-750 nm)

Pour se souvenir de l'ordre des couleurs, on utilise souvent l'acronyme : VIBGYOR

Soit en français : VIBUJOIR (Violet, Indigo, Bleu, Vert, Jaune, Orange, Rouge)

La longueur d'onde λ (lambda) est la distance entre deux crêtes successives d'une onde lumineuse.

Elle s'exprime en mètres (m) ou en unités dérivées : nanomètres (nm), micromètres (μm).

Chaque couleur du spectre visible correspond à une longueur d'onde spécifique.

La fréquence ν (nu) est le nombre d'oscillations par seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz).

La relation entre la longueur d'onde λ, la fréquence ν et la vitesse de la lumière c est :

Avec c ≈ 3,00 × 10⁸ m/s (vitesse de la lumière dans le vide)

L'œil humain est sensible à un intervalle de longueurs d'onde limité :

• 1 Limite inférieure : 380 nm (violet)
• 2 Limite supérieure : 750 nm (rouge)
• 3 Longueur d'onde moyenne : 550 nm (vert)

• 1 Ultraviolets (UV) : λ < 380 nm
• 2 Infrarouges (IR) : λ > 750 nm
• 3 Micro-ondes : λ > 1 mm
• 4 Ondes radio : λ > 1 m
• 5 Rayons X : λ < 10 nm
• 6 Rayons gamma : λ < 0,01 nm

• 1 Vision humaine
• 2 Photographie et cinéma
• 3 Éclairage artificiel
• 4 Signaux lumineux (feux de circulation)
• 5 Affichage électronique

• 1 Télévision et écrans
• 2 Systèmes de projection
• 3 Imagerie médicale
• 4 Communication optique
• 5 Arts plastiques

• 1 Stérilisation (bactéricide)
• 2 Bronzage artificiel
• 3 Détection de falsifications
• 4 Photothérapie médicale
• 5 Analyse spectroscopique

• 1 Thermographie médicale
• 2 Télécommandes
• 3 Chauffage domestique
• 4 Vision nocturne
• 5 Communication sans fil

• 1 Une source lumineuse intense (lampe halogène)
• 2 Un prisme en verre ou en plexiglas
• 3 Un écran blanc pour observer
• 4 Une pièce sombre
• 5 Un trou dans une feuille noire

1. 1 Créer un faisceau lumineux fin en plaçant une feuille noire percée de l'autre côté de la lampe
2. 2 Faire passer le faisceau à travers le prisme
3. 3 Observer le spectre coloré sur l'écran
4. 4 Identifier les différentes couleurs du spectre
5. 5 Comparer avec la lumière blanche initiale

Un arc-en-ciel se forme lorsqu'il y a des gouttes d'eau en suspension dans l'air (après la pluie) et que le soleil brille.

Les gouttes d'eau agissent comme de petits prismes et décomposent la lumière blanche du soleil.

La lumière subit une double réfraction et une réflexion interne dans les gouttes.

• 1 Soleil derrière l'observateur
• 2 Gouttes d'eau en suspension devant
• 3 Angle d'environ 42° entre le soleil, les gouttes et l'observateur
• 4 Temps clair après la pluie

La spectroscopie est une méthode d'analyse qui consiste à étudier le spectre lumineux émis ou absorbé par une substance.

Elle permet d'identifier la composition chimique d'un objet ou d'une substance.

Chaque élément chimique possède un spectre caractéristique.

• 1 Spectre continu : émis par un corps chaud dense
• 2 Spectre de raies d'émission : émis par un gaz chaud
• 3 Spectre d'absorption : obtenu en faisant passer de la lumière blanche à travers un gaz froid

Les astrophysiciens analysent le spectre de la lumière provenant des étoiles pour déterminer :

• La composition chimique
• La température
• La vitesse de rotation
• Le déplacement Doppler

La spectroscopie est utilisée en laboratoire pour identifier les composés chimiques présents dans un échantillon.

Elle permet de détecter des traces de substances même en très faible concentration.

La synthèse additive combine des lumières colorées :

• 1 Rouge + Vert + Bleu = Blanc
• 2 Rouge + Vert = Jaune
• 3 Rouge + Bleu = Magenta
• 4 Vert + Bleu = Cyan

Utilisée dans les écrans et projecteurs.

La synthèse soustractive combine des pigments ou des filtres :

• 1 Cyan + Magenta + Jaune = Noir
• 2 Cyan + Magenta = Bleu
• 3 Cyan + Jaune = Vert
• 4 Magenta + Jaune = Rouge

Utilisée en impression et peinture.

Les écrans LCD, LED et OLED reproduisent les couleurs en combinant des pixels rouges, verts et bleus.

Chaque pixel émet une lumière de longueur d'onde spécifique pour créer la couleur désirée.

La précision des longueurs d'onde détermine la fidélité des couleurs.

Les fibres optiques utilisent des longueurs d'onde spécifiques pour transmettre des informations.

Les lasers émettent des radiations monochromatiques pour une transmission efficace.

Les multiplexeurs exploitent les différentes longueurs d'onde pour envoyer plusieurs signaux simultanément.

On utilise la relation : c = λ × ν

Donc : ν = c / λ

Avec λ = 650 nm = 650 × 10⁻⁹ m

L'énergie d'un photon est donnée par la relation d'Einstein : E = h × ν

La radiation de longueur d'onde 650 nm se situe dans la région rouge du spectre visible (620-750 nm).

L'œil humain perçoit cette longueur d'onde comme la couleur rouge.

C'est pourquoi le laser apparaît rouge.

• La lumière blanche est composée de plusieurs radiations colorées
• Spectre visible : 380 nm à 750 nm
• Ordre des couleurs : Violet, Indigo, Bleu, Vert, Jaune, Orange, Rouge

• Longueur d'onde λ (distance entre crêtes)
• Fréquence ν (nombre d'oscillations par seconde)
• Relation : c = λ × ν

• Spectroscopie pour analyser la matière
• Technologies numériques et affichage
• Communication optique