Spectres d’émission de la lumière

La dispersion de la lumière

Un faisceau de lumière blanche est dispersé par un prisme. Le faisceau émergent est constitué de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Ce phénomène est la dispersion de la lumière. La figure colorée observée sur un écran est le spectre de la lumière blanche.

Lumière polychromatique et monochromatique

La lumière blanche est constituée de plusieurs lumières (ou radiations) colorées. C'est une lumière polychromatique. Le laser est constitué d'une seule radiation : c'est une lumière monochromatique.

Un rayonnement monochromatique est caractérisé, dans le vide, par une grandeur appelée longueur d'onde, notée $\lambda$. Elle s'exprime en mètre ou plus souvent en nanomètre (nm). On note $\rm 1 nm = 10^{-9}~ m$. L'œil n'est sensible qu'aux rayonnements compris entre 400 et 750 nm.

Les spectres d'émission

Spectres d'émission d'origine thermique

Un corps fortement chauffé produit un rayonnement d'origine thermique dont le spectre est continu. Quand la température augmente, le spectre s'enrichit en radiations de courtes longueurs d'onde.

Spectres de raies

Un gaz d'atomes excités à basse pression émet une lumière composée d'une ou plusieurs radiations sur un fond noir. Son spectre est constitué de raies colorées. Le spectre de raies d'émission est caractéristique de l'atome ou de l'ion qui émet la lumière.

EN RÉSUMÉ

Objectif

Définir ce qu'est une onde, connaître ses grandeurs caractéristiques, et savoir utiliser les formules de base pour les calculs.

Pourquoi c'est important ?

L'étude des ondes permet de :

• Comprendre le son, la lumière, les ondes radio, les séismes, etc.
• Concevoir des technologies comme Wi-Fi, IRM, radar.
• Étudier les propriétés des matériaux et leur interaction avec l'énergie.

Petit rappel

• Une onde est un phénomène de propagation d'une perturbation sans transport de matière, mais avec transport d'énergie.
• Deux grands types :
  • Onde mécanique : nécessite un milieu matériel (ex. son, vagues)
  • Onde électromagnétique : se propage aussi dans le vide (ex. lumière, ondes radio)

🔧 Les étapes pour assurer

1. Grandeurs caractéristiques d'une onde

2. Formule fondamentale

$$v = \lambda \times f$$

Où :

• $v$ : vitesse en $\mathrm{m/s}$
• $\lambda$ : longueur d'onde en $\mathrm{m}$
• $f$ : fréquence ($\mathrm{Hz}$)

Exemple

Une onde a une longueur d'onde $\lambda = 4\,\mathrm{m}$ et une fréquence $f = 50\,\mathrm{Hz}$.

$v = \lambda \times f = 4 \times 50 = 200\,\mathrm{m/s}$

3. Ondes mécaniques vs électromagnétiques

• Mécaniques : se propagent dans les solides, liquides ou gaz.
  • Exemples : son, vagues, ondes sismiques.
  • Leur vitesse dépend du milieu (plus rapide dans les solides).
• Électromagnétiques : se propagent dans le vide à la vitesse de la lumière $c = 3 \times 10^8\,\mathrm{m/s}$.
  • Exemples : lumière visible, micro-ondes, rayons X.

4. Type de propagation

• Onde transversale : la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation (ex. onde à la surface de l'eau, lumière).
• Onde longitudinale : la perturbation est parallèle à la direction de propagation (ex. son dans l'air).

❌ On évite absolument

• Mélanger les unités ($\mathrm{Hz} \neq \mathrm{s}$).
• Oublier que $T = \dfrac{1}{f}$.
• Penser qu'une onde transporte de la matière. Elle transporte de l'énergie

✅ On valide

• Identifier si l'onde est mécanique ou électromagnétique.
• Utiliser la formule $v = \lambda \times f$ en unités SI ($\mathrm{m}$, $\mathrm{s}$, $\mathrm{Hz}$).
• Vérifier la cohérence des valeurs (par exemple la lumière a une vitesse proche de $3 \times 10^8\,\mathrm{m/s}$)

Le petit + à retenir