Modèles particulaire et ondulatoire de la lumière

Objectif

Connaître les lois fondamentales de l'optique géométrique et savoir utiliser les formules pour étudier la propagation de la lumière.

Pourquoi c'est important&n

Les ondes électromagnétiques

Une onde électromagnétique est caractérisée par sa fréquence $v$ (en $\rm Hz$) ou par sa longueur d'onde $\lambda$ (en $\rm m$). Elle transporte de l'énergie mais pas de matière. Elle peut se propager dans le vide. La lumière peut être décrite par une onde électromagnétique d'où le modèle ondulatoire.

Relation entre longueur d'onde et fréquence

$$\lambda = \frac{c}{v}$$

avec $\lambda$ en $\rm m$, $c$ vitesse de propagation de la lumière dans le vide en $\rm m.s^{-1}$ et $ν$ en $\rm Hz$.

$$c = 3,00 \cdot 10^8~\rm m.s^{-1}$$

Le domaine de la lumière visible s'étend de $400$ à $\rm 800~nm$.

Le modèle particulaire : les photons

Une onde électromagnétique de fréquence υ ou de longueur d'onde λ peut aussi être décrite par des photons qui transportent chacun un quantum d'énergie $\rm E$ :

$$\mathrm E = h \times \upsilon = \frac{h \times c}{\lambda}$$

avec $\rm E$ en Joule $\rm (J)$, $h$ constante de Planck (en $\rm J.s$).

Quantification des niveaux d'énergie

Les niveaux d'énergie d'un atome sont quantifiés et ne prennent que certaines valeurs.

L'état de plus haute énergie correspond à l'état ionisé $\rm E_\infty = 0~eV$. Les énergies des autres niveaux sont négatives.

Absorption de la lumière par un atome

$$\rm E = E_{sup} - E_{inf}$$

Emission de la lumière par un atome