Collège · 3ᵉ · Physique
Ondes électromagnétiques et spectre
Spectre de la lumière blanche, dispersion, domaines du spectre EM
Connaître la nature de la lumière, calculer une distance avec sa vitesse, lire un spectre en nanomètres et situer les domaines, de la radio aux rayons gamma.
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Définitions
- Onde électromagnétique : se propage dans le vide et la matière, en ligne droite ; transporte de l'énergie.
- Lumière blanche : polychromatique. Laser : monochromatique.
- Dispersion : séparation des couleurs par un prisme ou une goutte d'eau ; rouge le moins dévié, violet le plus.
- Longueur d'onde λ en nm (1 nm = 10⁻⁹ m) : elle fixe la couleur.
- Filtre : absorbe toutes les couleurs sauf la sienne.
- Ionisant : assez énergétique pour casser des molécules (UV lointain, X, gamma).
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Formules
- c = 300 000 km/s = 3,00 × 10⁸ m/s (vide, air) ; eau ≈ 225 000, verre ≈ 200 000 km/s.
- d = c × t ; radar : d = c × t / 2.
- 1 année-lumière ≈ 9,46 × 10¹² km : une distance.
- c = λ × f (λ en m, f en Hz) ; λ courte ⇔ f élevée ⇔ énergie grande.
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Repères
- Visible : 400 nm (violet) → 800 nm (rouge) ; bleu ≈ 470, vert ≈ 530, jaune ≈ 580 nm.
- Radio (> 1 m) → micro-ondes → IR (800 nm–1 mm) → visible → UV (10–400 nm) → X → gamma.
- FM : 3 m · Wi-Fi : 12,5 cm · télécommande : 940 nm · rayons X : 0,1 nm.
- Lune : 1,28 s · Soleil : 8 min 20 s · Mars : 3 à 22 min.
- UV : coups de soleil (index 1 à 11+) ; X, gamma : plomb et distance.
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Méthode
- Convertir : nm → m (× 10⁻⁹), cm → m, MHz/GHz → Hz.
- Distance : d = c × t (÷ 2 pour un écho).
- Domaine : comparer λ aux bornes 400 et 800 nm, puis au tableau.
- Fréquence : f = c / λ ; visible ≈ 10¹⁴ Hz.
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Pièges à éviter
- Son : 340 m/s, pas dans le vide ; lumière : 300 000 km/s, dans le vide.
- L'année-lumière n'est pas une durée.
- Convertir cm et nm en m dans c = λ × f.
- Un filtre ou un prisme ne « colore » pas la lumière.
- Chaleur (IR) ≠ danger (UV, X) : le danger vient de la fréquence.
- Changement de milieu : vitesse et λ changent, f jamais.
L'essentiel
- La lumière est une onde électromagnétique : 300 000 km/s dans le vide, en ligne droite.
- La lumière blanche est un mélange de couleurs ; le prisme la disperse du rouge au violet.
- La couleur est fixée par la longueur d'onde : 400 nm (violet) à 800 nm (rouge).
- Radio, micro-ondes, IR, visible, UV, X, gamma : λ décroissante, fréquence et énergie croissantes.
- Les rayonnements de haute fréquence (UV, X, gamma) sont ionisants et dangereux.
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