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UE 2 CHAPITRE 3 Fiche du cours Livret 1 LUMIERE – OPTIQUE I. ONDES ELECTROMAGNÉTIQUES................................................................................................... 2 1. Définitions......................................................................................................................................... 2 2. Caractéristiques............................................................................................................................... 2 3. Energie d’un photon......................................................................................................................... 3 4. Spectre électromagnétique.............................................................................................................. 4 5. Interactions onde/matière................................................................................................................. 4 A. IR (Infrarouge).............................................................................................................................. 6 B. Visible........................................................................................................................................... 6 C. Rayonnement ultra-violet.............................................................................................................. 6 Page 1 sur 6 Tutorat Santé Lorraine 24/25 ©Toute reproduction interdite  I. ONDES ELECTROMAGNÉTIQUES 1. Définitions M. Faraday montre qu’un champ magnétique a un effet sur un rayonnement lumineux : la lumière est un champ magnétique et électrique. JC Maxwell démontre l’existence d’ondes électromagnétiques. Définition d’une onde électromagnétique : - Propagation d’une grandeur à partir d’une source, - Propagation d’énergie sans transport de matière, - Propagation d’une variation de champ magnétique "𝑩 "⃗ et d’un champ électrique 𝑬""⃗, - ""⃗ et de 𝑬 Vibration sinusoïdale de 𝑩 ""⃗ de même fréquence, - Phénomène périodique : T, λ - E et B sont en phase 𝟏 - T = période exprimée en s avec 𝒗 = ; 𝑣 =fréquence en Hz ou s-1 ; λ = 𝑻 longueur d’onde en m - 𝑣 (𝑜𝑢 𝑇 ) correspond à une couleur unique, c’est une onde monochromatique o Une onde polychromatique = plusieurs couleurs associées 2. Caractéristiques Chaque vecteur champ "𝑩 "⃗ ou 𝑬 ""⃗ est perpendiculaire à la direction de propagation de toute onde électromagnétique : c’est une onde transversale. Vitesse de propagation dans le vide ou dans l’air : c = 3,00 × 108 m/s. (à connaître++) Indice de réfraction d’un matériau, transparent (n), la vitesse de la lumière dans le matériau (v), devient : 𝒄 𝒏= 𝒗 Longueur d’onde dans un milieu d’indice (n) est plus courte que la longueur d’onde dans le vide, ou dans l’air : λair = n*λmilieu Page 2 sur 6 Tutorat Santé Lorraine 24/25 ©Toute reproduction interdite  ◀ mentionnés ci-contre un certain nombre d’indices de réfraction, il serait bien de connaître celui de l’eau, du vide et de l’air. Les autres sont selon le professeur, inutiles à connaître car ils seront donnés dans les énoncés. Une onde électromagnétique est donc définie par sa vitesse v et sa longueur d’onde λ. 3. Energie d’un photon Flux de particules qui sont les photons : pas de charge électrique, masse nulle, vitesse = vitesse de la lumière Relations Formules Unités h : constante de Planck = 6,62 × 10 -34 J.s 𝒗 : fréquence de l’onde en Hz ou s-1 E = Energie d’un photon 𝐸 = ℎ𝜈 E : Energie d’un photon en J ou en eV avec 1 eV = 1,6.10-19J Longueur d’onde ó 𝑐 3.10# 𝒄 : célérité de la lumière = 3.108 m.s-1 fréquence 𝑣= = 𝝀 : longueur d’onde en m 𝜆 𝜆 ℎ𝑐 Longueur d’onde ó énergie 𝐸 = ℎ𝜈 = 𝜆 Exemple : λ = 1.10-8 m = 1.10-2 µm $ &∗()! - 𝑣= = = 3 ∗ 10# ∗ 10# = 3 ∗ 10(* 𝐻𝑧 % (∗()"! - 𝐸 = ℎ ∗ 𝜈 = 6,62 ∗ 10+&, ∗ 3 ∗ 10(* = 20 ∗ 10+(# = 2 ∗ 10+(- 𝐽 = 1,24 ∗ 10. 𝑒𝑉 = 124 𝑒𝑉 Page 3 sur 6 Tutorat Santé Lorraine 24/25 ©Toute reproduction interdite  4. Spectre électromagnétique On en arrive à la notion de spectre avec : - variant dans le même sens l’énergie du photon et la fréquence - variant dans l’autre sens la longueur d’onde 5. Interactions onde/matière Énergie de liaison de l’e- - Dans l’atome H = 13,6 eV, * - dans O2, N2, H2O : de l’ordre de l’eV, - dans l’air et l’eau : de l’ordre de l’eV, - dans les atomes plus lourd : de 1 eV à 100 keV. *Seuil d’ionisation : E = 13,6 eV (énergie de liaison de l’hydrogène) = frontière entre rayons ionisants ⎯ rayons non ionisants Remarque : L’énergie de liaison de 13,6 eV se situe dans l’ultra-violet : C’est la limite entre les rayonnements non-ionisants (Visible, Infra- Rouge, etc) et rayonnements ionisants (UV, R-X, R-𝛄). Page 4 sur 6 Tutorat Santé Lorraine 24/25 ©Toute reproduction interdite  Rayonnement suffisamment énergétique pour modifier les molécules en leur arrachant des électrons, o brise les liaisons covalentes : dénature les molécules et entraîne des pathologies, - E > 13,6 eV, - R𝛄 IONISANT o cassures mal réparées au sein des - 𝒗 > 𝟑, 𝟑. 𝟏𝟎𝟏𝟓 𝑯𝒛, - RX (RI) molécules d’ADN, - 𝝀 < 𝟏𝟎𝟎 𝒏𝒎 - UV o caractère mutagène : cancérigène (voir le cours de radioactivité du Pr. Olivier), o dans les rayonnements ionisants, il n’y a pas uniquement des ondes électromagnétiques : ⍺, ß, neutrons… Énergie trop faible pour ioniser, même de forte intensité : pas d’ionisation possible. - UV (> 100nm) - faible, fréquence : - Visible o courants induits, NON - IR o circulation de courants, IONISANT - E < 13,6 eV - Micro-onde o stimulation du système nerveux central, (RNI) - Rayonnement des muscles hertzien - haute fréquence : o effets thermiques o échauffement Page 5 sur 6 Tutorat Santé Lorraine 24/25 ©Toute reproduction interdite  A. IR (Infrarouge) Ils se situent entre 700nm et 1mm. Ils sont associés à la chaleur, car à température ambiante : émission spontanée d’un rayonnement thermique dans le domaine infrarouge. Ils peuvent être produit par : - Soleil, - être vivant, - four utilisé dans l’industrie des métaux et du verre, - radiateur, - lampe à incandescence - LED utilisées dans les transmissions de données : télécommande B. Visible Il se situent entre 400 et 780 nm. Ils donnent une sensation colorée : pigments dans la rétine, couleur. Ils peuvent être produit par : - Soleil, - bougies, - lampes incandescentes et fluorescentes, - arc de soudure - LED : diodes électroluminescentes C. Rayonnement ultra-violet Le rayonnement UV est émis par le soleil mais il peut aussi être produit par : - Lampe à incandescence et fluorescente - Lampe à mercure - Arc de soudure Il y a trois types de rayonnement UV. Certains arrivent au niveau de la surface de notre planète et d’autres sont arrêtés par la couche d’ozone : - UVC (100 à 290 nm) : effets les plus délétères mais complètement arrêtés par la couche d’ozone. - UVB (290 à 320 nm) - UVA (320 à 400 nm) divisés en : o UVA courts (320 à 340 nm) o UVA longs (340 à 400 nm) Le soleil émet un ensemble d’ondes : rayons gamma, rayons X, UV, visible, IR, microondes, ondes radio. Page 6 sur 6 Tutorat Santé Lorraine 24/25 ©Toute reproduction interdite