Relation fondamentale : c = λ × f, où c est la vitesse de la lumière, λ la longueur d'onde et f la fréquence.
- Utiliser la relation c = λ × f
- Isoler la fréquence : f = c / λ
- Convertir la longueur d'onde en mètres
- Effectuer le calcul avec les unités correctes
Longueur d'onde λ = 700 nm = 700 × 10⁻⁹ m = 7 × 10⁻⁷ m
Vitesse de la lumière c = 3 × 10⁸ m/s
f = c / λ
f = (3 × 10⁸) / (7 × 10⁻⁷)
f = 3 × 10⁸ / 7 × 10⁻⁷
f = (3/7) × 10⁸⁻⁽⁻⁷⁾
f = (3/7) × 10¹⁵
f = 0.428 × 10¹⁵ Hz ≈ 4.28 × 10¹⁴ Hz
La fréquence de la radiation rouge de 700 nm est de 4.28 × 10¹⁴ Hz
• Relation fondamentale : c = λ × f
• Unités SI : Longueur d'onde en mètres, fréquence en hertz
• Calcul avec puissances : 10⁸ / 10⁻⁷ = 10¹⁵
Longueur d'onde : Distance entre deux maxima successifs d'une onde électromagnétique.
Fréquence f = 5 × 10¹⁴ Hz
Vitesse de la lumière c = 3 × 10⁸ m/s
À partir de c = λ × f, on isole λ
λ = c / f
λ = (3 × 10⁸) / (5 × 10¹⁴)
λ = 3 × 10⁸ / 5 × 10¹⁴
λ = (3/5) × 10⁸⁻¹⁴
λ = 0.6 × 10⁻⁶
λ = 6 × 10⁻⁷ m = 600 × 10⁻⁹ m = 600 nm
600 nm se situe dans le domaine visible (jaune-orange)
La longueur d'onde de la radiation est de 600 nm (dans le jaune-orange du visible)
• Relation fondamentale : λ = c / f
• Calcul avec puissances : 10⁸ / 10¹⁴ = 10⁻⁶
• Domaine visible : 380-780 nm
Énergie d'un photon : E = h × f, où h est la constante de Planck et f la fréquence.
E = h × f (énergie du photon)
c = λ × f (relation onde)
Donc E = h × (c/λ) = hc/λ
Infrarouge (IR) : λ > 780 nm
Visible : 380 nm ≤ λ ≤ 780 nm
Ultraviolet (UV) : λ < 400 nm
Comme E = hc/λ, l'énergie est inversement proportionnelle à λ
Plus λ est petite, plus E est grande
IR (λ max) → Visible (λ moyen) → UV (λ min)
Donc : IR < Visible < UV
UV a la plus haute fréquence et donc la plus haute énergie
IR a la plus basse fréquence et donc la plus basse énergie
Classement par énergie croissante : Infrarouge < Lumière visible < Ultraviolet
• Énergie photon : E = hf = hc/λ
• Inversement proportionnel : E ∝ 1/λ
• Classement : Plus λ est petite, plus E est grande
Décomposition de la lumière : Séparation des différentes couleurs constituant la lumière blanche.
Soleil derrière l'observateur, gouttes d'eau devant
La lumière blanche entre dans les gouttes d'eau
La lumière est déviée en entrant dans la goutte
Chaque couleur est réfractée avec un angle légèrement différent
La lumière est réfléchie à l'intérieur de la goutte
La lumière sort de la goutte avec une déviation spécifique
Un arc-en-ciel se forme lorsque la lumière blanche est dispersée par des gouttes d'eau, séparant les différentes couleurs du spectre visible
• Dispersion : Réfraction dépend de la longueur d'onde
• Séparation couleurs : Chaque couleur a un indice de réfraction différent
• Conditions géométriques : Position Soleil-observateur-gouttes
Rayonnement thermique : Émission de rayonnement électromagnétique par tout corps chaud.
Dans un corps chaud, les atomes et molécules vibrent plus intensément
Les électrons en mouvement sont accélérés par les vibrations
Les charges accélérées émettent des ondes électromagnétiques
λ_max × T = 2.898 × 10⁻³ m·K
Le maximum d'émission dépend de la température
Corps à température ambiante : rayonnement IR
Corps très chauds (>500°C) : rayonnement visible
Chauffage électrique rouge, étoiles, filament de lampe
Les objets chauds émettent de la lumière car leurs atomes vibrants accélèrent les charges électriques qui émettent alors des ondes électromagnétiques
• Rayonnement thermique : Tout corps chaud émet des ondes EM
• Loi de Wien : Température détermine le maximum d'émission
• Énergie cinétique : Plus T est élevée, plus λ_max diminue
Infrarouge : Rayonnement électromagnétique de longueur d'onde supérieure à celle du visible.
Longueur d'onde λ = 10 μm = 10 × 10⁻⁶ m = 10⁻⁵ m
Vitesse de la lumière c = 3 × 10⁸ m/s
f = c / λ
f = (3 × 10⁸) / (10⁻⁵)
f = 3 × 10⁸ / 10⁻⁵
f = 3 × 10⁸⁻⁽⁻⁵⁾
f = 3 × 10¹³ Hz
3 × 10¹³ Hz correspond à l'infrarouge moyen
λ × f = 10⁻⁵ × 3 × 10¹³ = 3 × 10⁸ = c ✓
La fréquence de la radiation infrarouge de 10 μm est de 3 × 10¹³ Hz
• Relation fondamentale : f = c / λ
• Calcul avec puissances : 10⁸ / 10⁻⁵ = 10¹³
• Domaine IR : 10⁹ - 10¹² Hz
Rayons ultraviolets : Radiations de courte longueur d'onde, énergétiques et potentiellement nocives.
Les UV ont des longueurs d'onde courtes (10-400 nm)
Donc des fréquences élevées et des énergies importantes
UV-B : coup de soleil, cancer de la peau
UV-A : vieillissement cutané prématuré
UV-C : très dangereux mais filtré par l'ozone
Les photons UV ont assez d'énergie pour rompre des liaisons chimiques
Ils peuvent endommager l'ADN des cellules
Crèmes solaires : absorbent les UV
Vêtements : bloquent les UV
Lunettes : protègent les yeux
SPF (Sun Protection Factor) indique l'efficacité de la protection
La protection UV est nécessaire car les rayons ultraviolets ont suffisamment d'énergie pour endommager les cellules de la peau et les yeux
• Énergie élevée : E = hf, plus f est grande, plus E est grande
• Dommages biologiques : UV peuvent casser liaisons ADN
• Prévention : Absorption ou blocage des radiations nocives
Domaine des fréquences élevées : Correspond aux rayonnements énergétiques.
Fréquence f = 10¹⁵ Hz
Vitesse de la lumière c = 3 × 10⁸ m/s
λ = c / f
λ = (3 × 10⁸) / (10¹⁵)
λ = 3 × 10⁸ / 10¹⁵
λ = 3 × 10⁸⁻¹⁵
λ = 3 × 10⁻⁷ m
λ = 3 × 10⁻⁷ m = 300 × 10⁻⁹ m = 300 nm
300 nm est dans le domaine UV (10-400 nm)
Plus précisément, c'est de l'UV-B (280-315 nm)
λ × f = 3 × 10⁻⁷ × 10¹⁵ = 3 × 10⁸ = c ✓
La longueur d'onde correspondant à une fréquence de 10¹⁵ Hz est de 300 nm, dans le domaine UV-B
• Relation fondamentale : λ = c / f
• Calcul avec puissances : 10⁸ / 10¹⁵ = 10⁻⁷
• Classification : 300 nm ∈ UV-B (280-315 nm)
Zone d'ozone : Couche protectrice dans la stratosphère qui absorbe les UV nocifs.
Molécule O₃ formée de 3 atomes d'oxygène
Entre 15 et 35 km d'altitude dans la stratosphère
Les molécules d'ozone absorbent les UV en se dissociant
O₃ + UV → O₂ + O
Presque tous les UV-C (100-280 nm)
La majorité des UV-B (280-315 nm)
Partie des UV-A (315-400 nm)
Sans ozone, les UV nocifs atteindraient la surface terrestre
Cela causerait des dommages graves aux êtres vivants
Composés chlorofluorocarbones (CFC) détruisent l'ozone
L'ozone absorbe les rayons UV nocifs en se dissociant, protégeant ainsi les êtres vivants des effets délétères des UV
• Absorption sélective : O₃ absorbe les UV grâce à sa structure moléculaire
• Protection vitale : Barrière contre les radiations nocives
• Responsabilité humaine : Préservation de la couche d'ozone
Rayonnement thermique : Les objets émettent des infrarouges proportionnellement à leur température.
Les caméras IR captent le rayonnement infrarouge émis par les objets
Tout objet chaud émet des infrarouges selon sa température
Les capteurs sont sensibles aux longueurs d'onde IR (environ 8-14 μm)
L'intensité du rayonnement IR est convertie en niveaux de gris ou couleurs
Contrôle thermique, vision nocturne, surveillance, médecine
Différences de température de quelques dixièmes de degré sont détectables
Les caméras infrarouges détectent la chaleur car les objets émettent des rayonnements IR proportionnellement à leur température
• Rayonnement thermique : Tout corps chaud émet des IR
• Capteurs spécialisés : Sensibles aux longueurs d'onde IR
• Imagerie thermique : Conversion rayonnement → image
