Cours I Flashcards
Qu’est-ce que la lumière ?
Un sujet d’étude, une source d’énergie, et un outil de diagnostique
Qu’est-ce que l’optique ?
Le domaine de la physique qui traite de l’émission, de la propagation et de la détection de la lumière
Quelle est la nature de la lumière ?
Elle est double : ondulatoire (onde électromagnétique lumineuse) et corpusculaire (photons)
Qu’est-ce qu’une onde ?
C’est une perturbation dynamique locale qui varie en tout point de l’espace, qui peut se déplacer dans une direction dite de propagation et qui est représentée par une fonction d’onde y.
Il n’y a pas de déplacement global de la matière : les molécules oscillent autour d’une position (comme une corde de guitare)
Une onde transporte de l’énergie et de la quantité de mouvement.
Quelle est la formule de la fonction d’onde y qui représente l’onde lumineuse ?
y(x,t)=Asin(𝜔t-kx+phi)
(omegat-kx+phi) correspond à l’angle
y(x,t) = Variation de la propriété locale du milieu A = amplitude (même unité que f) 𝜔 = pulsation (rad/s) t = temps (s) k = nombre d’onde (rad/m) x = variable spatiale (m) phi = phase (rad)
Quelle formule permet de connaître la période T ?
Période T = 2pi/𝜔
Quelle formule permet de connaître la longueur d’onde ?
Longueur d’onde lambda = 2pi/k
Qu’est‐ce qui est perturbé en chaque point d’un faisceau lumineux ?
un champ électrique E et un champ magnétique B
Les champs électrique E et magnétique B qui constituent le faisceau lumineux vibrent …
- à la même fréquence (très haute entre 4 et 8. 10^14 Hz pour la lumière visible)
- en phase
- perpendiculairement entre eux
- perpendiculairement à leur direction de propagation.
Les champs électrique E et magnétique B qui constituent le faisceau lumineux se déplacent …
- dans le vide, à la vitesse indépendante de la fréquence
* dans la matière vitesse < c
Qu’est-ce qu’une OEM?
Onde Electro-Magnétique
Comment peut-on décrire l’OEM la plus simple ?
- plane
- progressive (non stationnaire)
- monochromatique (sinusoïdale)
- polarisée linéairement
Que peut-on dire à propos de la périodicité d’une OEM?
Elle est double:
- spatiale : la longueur d’onde lambda en mètres
- temporelle : la période T en secondes
Quelle est la relation entre les deux périodicité d’une OEM ?
longueur d’onde lambda = cT = c / N
𝜔 = 2piN = 2*pi / T
avec c = célérité de la lumière dans le vide, 3.10^8 m/s
T la période
N la fréquence de l’onde (N=1/T) en Hertz
Quelle formule permet de connaître la fréquence de l’onde ?
N=1/T en Hz
Comment classe-t-on les OEM ?
On les classe selon leur longueur d’ondes DANS LE VIDE (ou leur fréquence N)
Quel est le domaine des ondes visibles ?
400 nm (violet) - 800 nm (rouge)
Pourquoi le modèle corpusculaire de la lumière ?
Pour expliquer des phénomènes comme l’Effet
Photoélectrique.
Définir l’effet photoélectrique
Pour une fréquence suffisante (supérieure à
une valeur seuil) l’onde électromagnétique
incidente éjecte les électrons du matériau. => Courant électrique
Quelle formule donne l’énergie d’un photon ?
Ephoton = hN
la constante de Planck multiplié par la fréquence de l’OEM correspondante
À quelle vitesse va un photon dans le vide ?
c=3.10^8 m/s => la vitesse de la lumière !
Quelle est la masse d’un photon ?
Sa masse est nulle = 0
Parler du lien entre les atomes/molécules et les photons
Les atomes ou molécules peuvent absorber des photons mais aussi en émettrent … D'où les spectres d'émission et d'absorption
Définition de fluorescence ?
excitation (absorption d’énergie par les
atomes ou les molécules) et relaxation directement vers
l’état initial (émission de lumière exponentiellement
décroissante)
Définition de phosphorescence ?
excitation (absorption d’énergie par les
atomes ou les molécules) et relaxation vers l’état initial via un
état intermédiaire donc temps plus long (émission de lumière
exponentiellement décroissante)
Quelle est la différence entre la fluorescence et la phosphorescence ?
L’atome est excité puis passe par un état intermédiaire avant de se relaxer, alors que pour la fluorescence l’atome se relaxe directement.
Comme la lumière transporte de l’énergie, on peut donc la caractériser par sa puissance lumineuse P et donc son intensité I. Donner la formule. de I.
I=P/S
S = surface éclairée en m² P = puissance lumineuse en Watt I = intensité lumineuse en W/m²
Si la lumière traverse un milieu absorbant, comment sera l’intensité qui ressort ?
L’intensité qui est ressort (I1) sera différente de I0 l’intensité de la lumière incidente.
Qu’est-ce que l’absorbance ?
L’absorbance A mesure la capacité d’un milieu à absorber la lumière
qui le traverse
Donner la formule de l’absorbance A.
A=-ln(I1/I0)=ln(I0/I1)
Qu’est-ce que la transmittance ?
La transmittance est « l’inverse » de l’absorbance, elle est définie
comme le rapport entre l’intensité transmise par le milieu et celle qui
est incidente.
Donner la formule de la transmittance T
T=I1/I0
Loi de Beer-Lambert
A=alphaC=epsilonx*C
C=Concentration en mol/L
epsilon = Coefficient d’absorption moléculaire en L/mol/cm
x=trajet optique en cm
Application de la loi de Beer-Lambert au modèle de la lumière traversant un milieu absorbant
I1(x)=I0 exp(-epsilonCx)
I1(x)=I0 exp(-alpha*x)
C=Concentration en mol/L
epsilon = Coefficient d’absorption moléculaire en L/mol/cm
x=trajet optique en cm
alpha = coefficient d’atténuation (m^-1)
En optique géométrique, on s’intéresse souvent aux milieux matériels transparents, qui n’absorbant pas,
ou très peu, la lumière (les verres, eau peu profonde par exemple).
Dans ces milieux, que devient alors la lumière ?
Elle est plus petite que c, la vitesse de la lumière dans le vide.
Pourquoi la lumière ralentit lorsqu’elle n’est pas dans le vide ?
Parce que les champs E et B interagissent avec les électrons des atomes du milieu matériel traversé.
On caractérise donc le milieu transparent traversé par son indice de réfraction n.
n est forcément supérieur ou égal à 1.
1 correspond à la célérité dans le vide.
Définir la réfraction
Lorsque la lumière traverse un milieu d’indice de réfraction différent,
elle change de trajectoire : c’est la réfraction ! C’est une déviation du chemin optique.
Définir la notion de chemin optique ?
le chemin optique est la distance parcourue par un rayon
lumineux entre deux points multipliée par l’indice de
réfraction que le rayon a rencontré lors de son trajet.
Donner la formule de l’indice de réfraction n
n=c/v
Quel est l’indice de réfraction de l’air dans des conditions normales ?
1
Quel est l’indice de réfraction de l’eau ?
1,33
Quel est l’indice de réfraction du verre ?
1,5
Que devient la longueur d’onde lors de la propagation de la lumière dans un milieu transparent ?
La longueur est plus faible que la longueur d’onde dans le vide (les vagues sont plus rapprochées), mais la couleur ne change pas, en effet elle est associée à la fréquence et non à la longueur d’onde. Et la fréquence, elle, ne change pas.
Qu’est-ce qui dépend de la fréquence dans la lumière ?
- La vitesse de propagation
- L’indice de réfraction n
- La trajectoire du rayon lumineux
Qu’est-ce que la dispersion de la lumière ?
Séparation des couleurs par un prisme traversé par une lumière blanche, et comme l’indice de réfraction de chaque couleur est différent, elle se séparent. => phénomène arc-en-ciel
