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Sources de lumières colorées

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I- Les sources de lumières

1) Les sources à incandescence

-Tout corps chaud qui émet un rayonnement électromagnétique dans le visible lorsqu'il est maintenu à une température suffisamment élevée

2) Les sources à luminescence

-Tout ce qui n'est pas une source à incandescence

II- Lumière colorée et ondes électromagnétiques

1)Sources monochromatique ou polychromatique

-Une source de lumière polychromatique contient plusieurs radiations de couleurs (ex: soleil)

-Une source de lumière monochromatique contient une seule radiation de couleur (ex: laser)

-Une radiation est caractérisée par sa longueur d'onde notée λ avec λ en mètre

-L'oeil humain perçoit les radiations de longueur d'onde comprise entre λ=400nm (bleu) à λ=800nm (rouge)

-Les UV se situent entre le violet et les rayons X, ils peuvent servir à activer des réactions chimiques

-Les infrarouges se situent entre le rouge et les ondes radio. Un corps chauffé aux températures courantes dans notre environnement émet des rayons infrarouges

2)Composition colorée d'une source

-Une lumière polychromatique est formée par la superposition d'un ensemble de lumières monochromatiques

-Une lumière monochromatique peut donner la même sensation de couleur polychromatique (l'oeil ne fait pas la différence)

-La couleur d'une source lumineuse est caractérisée par son profil spectral(courbe d'intensité lumineuse de chaque lumière monochromatique qui la compose)

III- La couleur des corps chauffés

1)Sources thermiques

-Un corps dense (solide,liquide,gaz sous forte pression) émet un rayonnement thermique qui dépend de sa température

-Plus la température augmente, plus la couleur tend vers le bleu, plus la température diminue, plus la couleur tend vers le rouge

2)Loi de Wien

-Met en relation la température du corps la longueur d'onde la plus intense (λmax) de la lumière qu'il émet

-On a donc: $ T = {2,898 \; ✕ \; ^{-3}}/{λ _{max}}$

Avec λmax en mètre et T en kelvin (=Température en degré Celsius + 273)

3)Commentaires des profils spectraux et de la formule

-Plus la température est élevée plus λmax est faible

-Plus la température est faible plus λmax est élevé

-La couleur est due à l'ensemble des radiations émises, elle varie donc selon la température

4)Quel est l'origine de l'émission par une source froide

-Processus de luminescence. On va décrire les échanges entre la matière à l'aide d'un modèle corpusculaire

IV Modèle corpusculaire

1)Le photon: modèle crépusculaire

-La lumière est un ensemble de particules appelées photon

-Ces particules sont toujours en mouvement et se déplacent à la célérité (vitesse de la lumière, environ 3,00✕108 m/s dans le vide et dans l'air)

-Un photon transporte de l'énergie

-On a E = h ✕ ν (ou E = h ✕ f)

E: énergie en joule, ν ou f: fréquence en hertz, h: constante de Planck (=6,63 ✕ 10-34

-On a aussi $E = h \; ✕ \; {C}/{λ}$ avec λ= longueur d'onde en mètre

-Une radiation est caractérisée par sa longueur d'onde λ en mètre ou par sa fréquence

-La relation entre la fréquence(μ) et la longueur d'onde est: $ λ = {C}/{μ}$ avec μ en Hertz

-Une radiation est composée de photon identique (donc une lumière monochromatique est composé de photons identique)

Remarque comme unité d'énergie, on utilise l'électronvolt: 1 eV = 1,60 ✕ 10-19 Joules

2)Quantification de l'énergie et des atomes

a) Modèle de bohr

-L'énergie d'un atome ne peut prendre que certaine valeurs précise (il n'y a pas de valeurs intermédiaire)

-Un atome ne peut donc exister que dans des états définit car un état est caractérisé par une quantité d'énergie

On dit que l'énergie est quantifiée

b) représentation

Diagramme des niveaux d'énergies de l'atome d'hydrogène

 diagramme niveau énergie hydrogène

-État fondamentale: énergie minimale, état le plus stable

-État excité: l'atome contient plus d'énergie car il en a reçus

-État ∞: ou état ionisé, les électrons ont été arraché du noyau , on définit généralement État∞ = 0 eV

3) Interaction lumière-matière

-Un atome/ion/molécule qui change d'état énergétique (gagne/perd de l'énergie) émet ou absorbe un photon

-Ceci est une "transition", symbolisée par une flèche sur le diagramme énergétique

a) Émission de lumière

-Un atome excité (qui reçoit de l'énergie) veut immédiatement retourner à un état d'énergie plus faible ou à l'état fondamental

-Pour cela, il émet un photon qui contient une partie de l'énergie de l'atome

Représentation:

Émission  photon

-Diminution de l'énergie de l'atome:

ΔE = Esup - Einf = énergie du photon

-On peut lier ΔE = h ✕ ν

➨ Donc $ Δ E = h \; ✕ \; {c}/{λ}$

b) absorption de la lumière

-Un atome dans un état d'énergie inférieur absorbe un photon pour passer dans un état d'énergie supérieur

- Il faut que le photon possède exactement l'énergie nécessaire pour passer dans un état supérieur (sinon, il passe au travers)

On a Esup = Einf+ΔE

absorption photon

-Le spectre d'absorption de cette atome aura une raie noire de fréquence (ν) ou de longueur d'onde(λ) tel que

$ λ = {(h \; ✕ \; c)}/{Δ E}$

Remarque: un photon absorbé est immédiatement ré émis dans une direction aléatoire

Spectre d'absorptions:

Le fond continu du spectre est dû au rayonnement thermique de la photosphère

Les raies d'absorptions caractérisent les éléments chimiques que contient la chromosphère

calcul de l'absorbance

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