| 2.2 Les longueurs
d'onde |
| On peut
dire d'une onde qu'elle est un rayon d'énergie pure qui change de
propriété dépendant de sa longueur.
Quant à la lumière, elle est la partie du spectre
électromagnétique perceptible par l'œil humain. Cette fraction du spectre
est appelée lumière visible. Les longueurs d'onde de la lumière visible
sont comprises entre environ 380 nanomètres pour le Bleu et 720 nanomètres
pour le Rouge. |
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Décomposition de la lumière. À l'aide d'un prisme et
d'une
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source de lumière blanche on décompose l'énergie lumineuse en ses
principaux |
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éléments constitutifs visibles, les couleurs
lumière. |
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| La lumière est une sorte de mouvement ondulatoire qui se
caractérise par des quantités telles que sa longueur, sa fréquence et son
amplitude.
Longueur
La longueur se définit comme la
distance séparant deux maxima successifs.
Cette distance est très
faible, on l'exprime habituellement en nanomètres.
Un nanomètre
vaut un millionième de millimètre.
Fréquence
La fréquence est le nombre de
longueurs d'ondes émises par seconde.
Amplitude
Quant à l'amplitude, elle
détermine l'intensité lumineuse ; la lumière brillante ( forte intensité )
est de grande amplitude, tandis que la pénombre ( faible intensité ) est
de petite amplitude.
Pour résumer; l'onde électromagnétique est la
propagation d'un mouvement vibratoire
qui se transmet dans les gaz
(l'air), dans les liquides et dans les solides.
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Longueur et amplitude d'une onde
1. La Longueur:
Distance entre le début et la fin d'une vibration.
2. L'amplitude: Il
s'agit de la force de la vibration qui s'exprime par la hauteur ascendante
et descendante de l'onde. |
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La Fréquence d'une onde
Nombre de longueurs qui
peuvent être complétées en une seconde.
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2.3 Les photons
Le photon est sans doute un des
éléments le plus mystérieux de la physique.
En 1864 le physicien
écossais James Clark Maxwell mettait au point les équations
fondamentales auxquelles obéissent les champs électrique et
magnétique.
Ces équations démontrent que le champ
électromagnétique peut vibrer et que cette oscillation se propage dans le
vide à la vitesse de la lumière (300 000 km/sec.).
Ce qui vint
confirmer que la lumière est une onde électromagnétique.
Cette
hypothèse n'expliquait cependant pas tous les comportements des photons.
Il fallut attendre les travaux de Max Planck en 1900 sur le
rayonnement du " corps noir "
et les travaux d'Albert Einstein en 1905
sur les effets photoélectriques. Ces travaux complémentaires à Maxwell
vinrent démontrer une nouvelle facette des photons.
En effet, il
révélait que les photons pouvaient aussi se comporter comme des " quanta
",
c'est-à-dire des paquets exprimés par des quantités bien définies.
Les quanta de lumière seront renommés photons en 1926 par le chimiste
Gilbert Newton Lewis.
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Propagation d'une onde électromagnétique dans le
vide
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Les photons, sont les vecteurs de la force électromagnétique.
Ils n'ont ni masse, ni charge électrique.
La lumière est
un phénomène photoélectrique issu de l'interaction entre les photons et
les électrons. Pour qu'il y ait de la lumière, un électron doit être
arraché à l'orbite le plus éloigné du noyau atomique. Il faut donc une
énergie plus grande que celle qui unie le dernier électron à son noyau.
Cette énergie existe sous forme de particules que l'on nomme photons.
Les photons se propagent à la vitesse constante de 300,000
kilomètres à la seconde sous forme d'onde lumineuse. C'est ce qu'on
appelle la vitesse de la lumière.
A partir d'une source d'énergie lumineuse, des
photons sont émis en un mouvement ondulatoire rectiligne. |
La force de l'énergie se traduit par la fréquence d'émission de
longueurs d'ondes.
Plus la fréquence est grande, plus l'énergie est
forte. |
Dès que la lumière arrive sur l'atome, des photons peuvent
rencontrer des électrons et leur céder leur énergie; les électrons sont
alors immédiatement éjectés. L'énergie des électrons arrachés varie avec
la fréquence du rayonnement: Cette énergie des électrons est égale à la
différence entre l'énergie des photons moins l'énergie de liaison des
atomes; celle-ci est constante; lorsque la fréquence augmente, celle des
électrons éjectés augmente aussi.
Le nombre d'électrons émis varie
avec l'intensité (amplitude) du rayonnement.
Plus l'intensité d'un
faisceau est grande, plus le nombre de photons est important,
plus il
se produit de collisions entre les photons et les électrons et plus les
électrons sont éjectés en nombre important. |
| [Fig.9 à 13] Propagation de la lumière à travers la
matière |
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1.
Un atome d'hydrogène dessiné selon le
schéma simplifié de Rutherford
donne naissance à de la lumière lorsqu'un de ces éléments constitutifs, un
électron, se met à osciller, par un aller retour entre deux niveaux
orbitaux.
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2.
Cette oscillation est amorcée par l'apport à l'atome d'une quantité
d'énergie de provenance extérieure soit celle d'un
photon.
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3. Une partie
de cette énergie absorbée accroît la charge énergétique d'un électron, qui
passeà un niveau supérieur; du point de vue de l'atomece phénomène se
traduit par un brusque changement d'orbite. L'électron quitte son orbite
et gagne un nouvel orbite.
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4.
Cependant les niveaux d'énergie les plus élevés, qui correspondent aux
orbites est plus éloignés de l'atome sont moins stables. La force de
liaison fait que l'électron retombe rapidement à un niveau d'énergie
moindre.
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5.
L'énergie qu'il perd est récupérée sous
la forme d'une onde
lumineuse, donc d'un nouveau photon et sa longueur d'onde est produite en
fonction de la différence entre les niveaux d'énergie correspondant aux
deux orbites.
Dans le cas de l'atome d'hydrogène, la fréquence
d'oscillation de l'électron engendre une onde lumineuse dont la longueur
perçue par l'oeil correspond dans le cerveau à la notion de
rouge. |
