La lumiere

MODULE 1 - Première partie.

La lumière est une onde électromagnétique capable de voyager dans le vide spatial a la vitesse maximale de 299792.458 km/s, soit environ 300 000 km/s (il n’y a pas de plus grande vitesse dans l’univers) donc la lumière du Soleil, qui se trouve a 150 millions de km, arrive sur Terre dans environ 8 minutes. 
La lumière est une onde transversale (contrairement aux ondes mécaniques)  résultant de perturbation oscillatoires ; elle transporte de l’énergie de sa source (les étoiles généralement; a noter qu'il y a aussi un phénomène biologique produisant la lumière : bioluminescence) a son récepteur (rétine ou télescopes). Il faut noter que la vision (la lumière que nous percevons) est une interprétation du cerveau.

 Les oscillations se présentent sous forme de pics alternatifs ondulatoires. Elle a une composante ondulatoire et aussi corpusculaire, c'est la dualité onde-corpuscule; ces corpuscules de lumière s'appelle "photons", elle n'ont pas de masse, ni de charge.

La distance entre 2 pics (ou 2 mêmes régions régulièrement distantes) représentent la longueur d’onde (λ) exprimée en nanomètre (une unité égale à un milliardième de mètre (symbole nm)) ou Armstrong.

Figure 1; Longueur d'inde et frequence. Source: www.botanic06.com

 « Un ångström, communément angström ou angstrœm, parfois aangström(prononcé [ɑ̃gstʀœm], suédois [ˈɔ̀ŋstrœm]), est une unité de longueur valant 0,1 nanomètre, soit 10−10 mètre (1 dixième de milliardième de mètre) ou encore 10−4 micromètre ou micron (1 dix millième de micromètre ou micron), et ayant pour symbole Å. » (Wikipédia)

Notre rétine humaine ne peut capter toutes les longueurs d’onde, mais seulement une très petite région située entre 700 à 400 nm. On parle alors de lumière visible.

Tableau des longueurs d'onde visibles. Source: igm.univ-mlv.fre

Figure 2; Spectre électromagnétique

 La lumière se compose donc d’une grande gamme de longueur d’onde catégorisée selon leur longueur d’onde. Comme vu sur l'image au dessus, en deçà de la gamme visible se trouvent les plus courtes longueurs d’onde : gamma (utilisés par les médecins dans le traitement du cancer), rayons X (utilises dans la radiographie médicale) et ultraviolet (responsable de bronzage) ; au delà de la gamme visible, on trouvent les rayons infrarouge (la chaleur que nous ressentons), sub-millimétrique, micro-onde et radio (utilisée dans la télécommunication). Toute cette gamme de longueur d’onde constitue le spectre électromagnétique.

L’onde électromagnétique se propage dans le vide à 300 000 km/s. La vitesse de la lumière dans le vide ne eut pas être dépassée ; elle constitue une constante de la physique représentée par la lettre c.

Heinrich Hertz (1857-1894)

En plus de sa longueur d’onde, une caractéristique importante de la lumière est sa fréquence (voir figure 1) qui est la quantité de pic d’onde passant a un point donnée dans un temps spécifique (cycle par seconde) ; la fréquence s’exprime conventionnellement en Hertz, du nom de Heinrich Hertz (1857-1894), un physicien allemand spécialiste de l’électromagnétisme. 
("Comme Maxwell il s’est intéressé au caractère ondulatoire de la lumière, notamment dans le domaine des ondes radiométriques. Il est à l’origine de la télégraphie et de la téléphonie.. Et est inversement proportionnelle a la longueur d’onde."Lire: Spectres et niveaux d’énergie).

La vitesse de la lumière (constante) = fréquence x longueur d’onde d’où la formule c=f x λ

Les étoiles, selon leur température, donnent du rayonnement thermique. Et la température détermine à quelle longueur d’onde elle est plus brillante. Un corps qui rayonne parfaitement (en théorie) est dit corps noir. D’où la loi de rayonnement de Wien énonçant que la longueur d’onde maximale d’un corps noir est inversement proportionnelle a sa température (exprimée en Kelvin) : λ _max =0.3/T

Il y a aussi la loi de Stefan-Boltzmann stipulant que, l'énergie émise par un corps noir par unité de temps et unité de surface est proportionnelle à la puissance quatrième de sa température.

	λ	Caractéristiques
Rayons γ	λ < 0, 005 nm	rayons émis  en  masse lors des réactions nucléaires, destructeurs de la vie, arrêtés par l’atmosphère.
Rayon X	0, 005 < λ < 20 nm	Rayons très pénétrants, arrêtés par l’atmosphère. Utilisé en médecine.
Rayons ultraviolet (UV)	20 < λ < 390 nm	Rayon très énergétiques  filtres par l’atmosphère.
Rayons visibles	390 < λ < 760 nm	L’œil perçoit une couleur bleue pour les petites longueurs d’onde et rouge pour les grandes.
Rayons infrarouge (IR)	760 nm < λ < 0, 3 mm	Ondes traversant la brume atmosphérique et le gaz interstellaire. Permettant la détection de zones chaudes; applications géographiques               et militaires.
Rayons radio	0, 3 mm < λ	Ondes    captés    avec les       radio-t´elescopes. Les ondes radar ont des longueurs d’onde comprises entre 0,3 mm et 2,5nm

A LIRE: Lumière et longueurs d’onde


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