POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux

POLY-PREPAS
Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux
- Section i-Prépa annuel -
Chapitre 17 : Ondes électromagnétiques
I.
Diffraction de la lumière : modèle ondulatoire de la lumière
Expérience : Diffraction d’une radiation lumineuse par une fente (de même ordre de grandeur que la
longueur d’onde de la radiation)
Figure de diffraction obtenue sur l’écran:
Au passage par une fente étroite, le laser ne se propage plus en ligne droite, le faisceau change de
direction, on assiste donc au phénomène de diffraction : la lumière peut donc être vue comme une
onde.
Propriétés :
ü Les ondes lumineuses sont des ondes progressives sinusoïdales
ü Ce sont des ondes électromagnétiques qui se propagent même dans le vide (absence de milieu
matériel)
ü Ce ne sont pas des ondes mécaniques (qui nécessitent, elles, un milieu matériel)
ü Elles se propagent à la célérité de la lumière c ≈ 3. 10 .
(due à Fresnel en 1821)
ü Une onde électromagnétique n’est caractérisée que par sa fréquence : celle-ci est constante
dans tous les milieux transparents qu’elle traverse
ü La lumière transporte de l’énergie.
Exploitation de l’expérience :
·
Ecart angulaire du faisceau diffracté :
⎧
⎪
=
⎨
⎪
⎩
=
de plus,
/
=
or, pour les petits angles :
d’où :
Ainsi :
=
=
d’où :
=
=
=
:
è
=
∶
Remarques :
·
Plus la fente est étroite, plus la diffraction est importante
·
·
Les taches latérales ont une intensité beaucoup plus faibles que le faisceau central (⟹ on les
néglige)
Les taches latérales sont deux fois plus petites que la tache centrale et sont symétriques par
rapport au centre de la tache centrale
Si l’ouverture est horizontale, la tache de diffraction est verticale, et vice-versa
·
Diffraction d’un rayon monochromatique par une ouverture circulaire :
·
Si le faisceau monochromatique est remplacé par un polychromatique, il s’agit de la
diffraction de la lumière blanche, et la tache centrale apparaîtra blanche irisée de rouge
·
II.
Dispersion de la lumière blanche :
a) La lumière blanche :
La lumière blanche est composée d’une infinité de radiations, toutes de longueurs d’onde différentes :
c’est une onde polychromatique.
Le vide et l’air sont des milieux non-dispersifs pour la lumière : la célérité ne dépend donc pas de la
fréquence de l’onde ; pour toutes les radiations, on a : c(vide) = 299 792 458 m/s et c(air) ≈ 3.108
m/s
b) Réfraction de la lumière :
® Milieu transparent : milieu qui laisse passer la lumière (≠ opaque)
Les milieux transparents (autres que le vide et l’air) sont des milieux dispersifs : chaque radiation
caractérisée par telle fréquence fi possède sa propre célérité ci. Dans les milieux transparents, la
lumière se déplace moins vite que dans le vide : ci < cvide
® Indice de réfraction : on définit l’indice de réfraction ri d’une onde fi dans un milieu
transparent par :
=
On a :
= /
⟹
(
)
é
∶ éé é
: éé é
=
∶
è
à1
è
=
∶
=
(
(
)
=
(
). (
.
)
)
Donc, contrairement à la fréquence (ou la période), la longueur d’onde dépend du milieu de
propagation
Ex :
= 2,3. 10
.
donc
=
(
)
=
2,3.108
3.108
= 1,33 (valeur à connaître)
Loi de Descartes relative à la réfraction :
n1.sin i = n2.sin r
c) Application : décomposition de la lumière blanche par un prisme de verre
Chaque
possède son
, qui possède son
et qui possède donc son propre
Chaque possède donc son propre angle de réfraction
trnasparent.
.
au passage de l’air dans un milieu
Ainsi, chaque composant la lumière blanche est donc déviée différemment (arc-en-ciel sur un mur
d’eau, sillon d’un CD,…)
⟹ Un milieu qui vérifie cette propriété est dit dispersif.
(Rappel définition : on appelle milieu dispersif un milieu transparent dont l'indice de réfraction dépend
de la longueur d'onde.)
Ø Les radiations de faible longueur d’onde (violet) sont plus déviées que celles de plus grande
longueur d’onde (rouge) : la variation varie en sens inverse de la longueur d’onde.
Ø Les radiations de grande fréquence (violet) sont plus déviées que celles de plus faible
fréquence (rouge) : la déviation varie dans le même sens que la fréquence.
Remarque : le spectre est continu du rouge au violet