Collège · 4ᵉ · Physique
Ondes électromagnétiques
Spectre électromagnétique, lumière visible, IR, UV, ondes radio
À propos de cette page
Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?
Une onde électromagnétique est une perturbation qui se propage dans l'espace, associée à des champs électrique et magnétique oscillants perpendiculaires l'un à l'autre et perpendiculaires à la direction de propagation.
Contrairement aux ondes mécaniques (comme le son), les ondes électromagnétiques n'ont pas besoin de support matériel pour se propager. C'est pourquoi la lumière du Soleil peut nous parvenir à travers le vide de l'espace.
La vitesse de propagation de la lumière
Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques (quelle que soit leur nature) se propagent à la même vitesse, appelée vitesse de la lumière :
c = 3 × 108 m/s = 300 000 km/s
Cette valeur est une constante fondamentale de la physique. C'est la vitesse maximale pouvant exister dans l'univers.
Dans un milieu transparent (eau, verre, air), la lumière se propage moins vite que dans le vide. Par exemple, dans le verre, elle se propage à environ 2 × 108 m/s.
Le spectre électromagnétique
L'ensemble de toutes les ondes électromagnétiques classées par ordre de fréquence (ou de longueur d'onde) constitue le spectre électromagnétique.
Relation : c = λ × f (c = vitesse, λ = longueur d'onde, f = fréquence)
| Domaine | Longueur d'onde (ordre de grandeur) | Exemples d'applications |
|---|---|---|
| Ondes radio | de quelques mm à des km | Radio AM/FM, télévision |
| Micro-ondes | de 1 mm à 30 cm | Wi-Fi, four à micro-ondes, radar |
| Infrarouge (IR) | de 780 nm à 1 mm | Télécommande, imagerie thermique |
| Lumière visible | de 380 nm à 780 nm | Vue humaine |
| Ultraviolet (UV) | de 10 nm à 380 nm | Stérilisation, détection billets faux |
| Rayons X | de 0,01 nm à 10 nm | Radiographies médicales |
| Rayons gamma (γ) | moins de 0,01 nm | Médecine nucléaire, astronomie |
Les fréquences augmentent de la gauche vers la droite dans ce tableau (et les longueurs d'onde diminuent).
La lumière visible et ses couleurs
La lumière visible est la partie du spectre électromagnétique détectable par l'œil humain. Elle correspond à des longueurs d'onde comprises entre 380 nm et 780 nm.
Le passage de la lumière blanche à travers un prisme la décompose en un spectre continu de couleurs (arc-en-ciel) : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge.
- Violet : ≈ 380–430 nm
- Bleu : ≈ 430–490 nm
- Vert : ≈ 490–570 nm
- Jaune : ≈ 570–590 nm
- Orange : ≈ 590–625 nm
- Rouge : ≈ 625–780 nm
Rayonnement infrarouge (IR)
Le rayonnement infrarouge (IR) est situé juste au-delà du rouge dans le spectre, avec des longueurs d'onde supérieures à 780 nm. Il est invisible à l'œil nu mais perçu comme de la chaleur par notre peau.
Applications de l'infrarouge :
- Télécommandes : une LED IR envoie des signaux codés à un récepteur.
- Caméras thermiques : détectent les différences de température (sécurité, médecine, isolation des bâtiments).
- Chauffage par rayonnement : panneaux infrarouges, lampes chauffantes.
Rayonnement ultraviolet (UV)
Le rayonnement ultraviolet (UV) est situé juste au-delà du violet dans le spectre, avec des longueurs d'onde inférieures à 380 nm. Il est invisible à l'œil nu et provient principalement du Soleil.
- UV-A (315–380 nm) : le moins dangereux, responsable du bronzage.
- UV-B (280–315 nm) : responsable des coups de soleil et peut endommager l'ADN.
- UV-C (100–280 nm) : le plus dangereux, presque entièrement absorbé par la couche d'ozone.
La couche d'ozone (O₃) dans la stratosphère absorbe la majorité des UV-B et la quasi-totalité des UV-C, nous protégeant de leurs effets néfastes.
Applications :
- Stérilisation : lampes UV utilisées pour désinfecter l'eau ou l'air.
- Détection de faux billets : les billets de banque ont des marques fluorescentes visibles sous UV.
- Médecine : traitement de certaines maladies de peau (psoriasis).
Ondes radio et micro-ondes
Les ondes radio sont les ondes électromagnétiques ayant les plus grandes longueurs d'onde et les plus basses fréquences du spectre. Les micro-ondes ont des longueurs d'onde légèrement plus petites.
| Type | Longueur d'onde | Utilisation |
|---|---|---|
| Ondes AM (grandes ondes) | quelques centaines de mètres à km | Radio à modulation d'amplitude |
| Ondes FM | quelques mètres | Radio FM, télévision hertzienne |
| Micro-ondes | 1 mm à 30 cm | Wi-Fi (2,4 GHz / 5 GHz), Bluetooth, radar, four |
Le four à micro-ondes utilise des ondes de longueur d'onde ≈ 12 cm (fréquence ≈ 2,45 GHz). Ces ondes font vibrer les molécules d'eau dans les aliments, les échauffant par friction.
Applications et dangers des ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques sont omniprésentes dans notre vie quotidienne et dans les technologies modernes. Selon leur domaine, elles peuvent être utiles ou dangereuses.
| Domaine | Applications utiles | Dangers potentiels |
|---|---|---|
| UV | Stérilisation, bronzage, médecine | Coups de soleil, cancer de la peau |
| Rayons X | Radiographie médicale, scanner | Ionisation des cellules (exposition répétée) |
| Rayons γ | Radiothérapie, stérilisation d'instruments | Très dangereux (mutations ADN, cancer) |
| Micro-ondes | Communications, four, Wi-Fi | Échauffement des tissus à forte intensité |
| IR | Chauffage, vision nocturne, télécommandes | Brûlures cutanées à forte intensité |
- Une onde électromagnétique se propage dans le vide à c = 3 × 108 m/s.
- Le spectre électromagnétique classe les ondes par longueur d'onde ou fréquence : ondes radio → micro-ondes → IR → lumière visible → UV → rayons X → rayons γ.
- La lumière visible a des longueurs d'onde entre 380 nm (violet) et 780 nm (rouge).
- Les infrarouges (λ > 780 nm) sont perçus comme de la chaleur ; les ultraviolets (λ < 380 nm) peuvent être dangereux pour la peau.
- Plus la fréquence est élevée, plus l'onde est énergétique et potentiellement ionisante.
- Relation fondamentale : c = λ × f
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