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1) Citer quelques sources de lumière.
Distinguer les sources dites primaires des sources secondaires.
Les sources primaires de lumière :
Les sources primaires de lumière sont les objets lumineux par eux-mêmes. Ils émettent de la lumière. Il en existe 2 catégorie :
- les sources naturelles (ex : le soleil, les étoiles, ...)
- les sources artificielles (ex : écran de télévision, ...)
Les sources secondaires de lumière :
Tous les objets qui nous entourent sont invisibles lorsque rien ne les éclaire. Lorsque ces objets sont éclairés, ils renvoient une partie de la lumière qu’ils reçoivent. Un objet éclairé diffuse une partie de la lumière qu'il reçoit, c'est une source secondaire de lumière.
Ex : la lune
2) Expliquer les termes suivants : incandescence, luminescence, phosphorescence, et fluorescence. Les illustrer par des exemples
a.
L'incandescence est une émission de lumière due à la chaleur. En effet, tous corps chauffé émet dans le spectre visible à partir d'une certaine température ; on parle de « rayonnement du corps noir ».
On parle d'incandescence :
• dans le cas d'une combustion lente : charbon, cigarette ;
• dans le cas des ampoules électriques.
b.
La luminescence est une émission de lumière dite « froide » par opposition à l'incandescence qui elle est dite « chaude » : toute lumière est produite par le retour vers un état de moindre énergie des électrons excités et on parle de luminescence quand le mode d'excitation n'est pas le chauffage.
Il existe plusieurs types de luminescence, parmi lesquels on peut citer :
• la bioluminescence, utilisée par les lucioles ;
• la chimiluminescence, utilisée par exemple dans les bâtons de secours lumineux ;
• l'électroluminescence, utilisée dans les diodes électroluminescentes (DEL), les télévisions ;
• la photoluminescence (PL) :
o dans les tubes luminescents ;
o voir photoluminescence dans les poussières interstellaires, étude de nanostructure ;
• la triboluminescence (contrainte mécanique), visible en écrasant du sucre dans l'obscurité ;
• la radio luminescence lorsque sa source est la désintégration radioactive d'un corps;
• la sonoluminescence consistant à la variation de la taille des bulles d'un gaz luminescent
• etc.
c.
On nomme phosphorescence le phénomène observé lorsqu'une matière continue à émettre de la lumière après avoir été éclairée. Le terme signifie approximativement illuminer comme le phosphore. Le phosphore blanc donne en effet de la lumière dans le noir, mais dans cette matière ce sont des réactions d'oxydation qui en sont la cause.
• Exemple de phosphorescence
• Le phénomène de phosphorescence proprement dit est dû, lui, à une autre réaction : il s'agit d'une suite de pertes d'énergie par des électrons qui ont été excités par la lumière et qui retournent à leur orbite habituelle. Le fait que cela se passe lentement relève du domaine de la mécanique quantique : le retour des électrons à leur état habituel concerne un passage interdit.
• Des matières phosphorescentes sont utilisées pour peindre les aiguilles de certains réveils ou montres, ainsi que dans la fabrication de jouets lumineux.
d.
La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur (on parle parfois de « lumière froide »). Elle se distingue de la phosphorescence en ce que la production de lumière intervient immédiatement ou rapidement après l'excitation. Elle peut entre autres servir à caractériser un matériau.
ATTENTION : les objets fluorescents ne se voient pas dans la nuit.
3) Quelle est l’origine de la lumière ? Qu’est-ce qui fait qu’un corps émet de la lumière ?
La lumière est une forme d’énergie que la matière peut absorber et émettre. La matière est constituée d'atomes qui peuvent stocker cette énergie. Un atome, en revanche, ne peut absorber ou émettre que des paquets d’énergie de taille prédéterminée. En effet, la taille des paquets est caractéristique de chaque type d’atome.
La lumière transporte cette énergie en regroupant éventuellement plusieurs paquets avant d’effectuer une « livraison ». Les paquets d’énergie ainsi « livrées » sont appelées photons, et composent la lumière.
4) Qu’appelle-t-on spectre électromagnétique ?
Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en terme de fréquence, d'énergie des photons ou encore de longueur d'onde associée.
1nm = 10-9 m
5) Qu’appelle-t-on photon ?
Particule élémentaire, de masse et de charge nulle, le photon est l’aspect corpusculaire de la lumière. La vitesse de la lumière, dans le vide, quel que soit le référentiel d'étude, notée c, est environ égale à 300 000 kms-1.
6) L’analyse de la lumière ou sa décomposition en couleurs peut se faire à l’aide d’un prisme.
- Qu’appelle-t-on lumière blanche ?
La lumière blanche est en fait le mélange de toutes les couleurs qui existent.
On en cite souvent les 7 principales : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet.
rouge + orange + jaune + vert + bleu + indigo + violet = BLANC
- Qu’est-ce qui différencie l’émission de lumière par un corps chaud de l’émission de lumière par un corps froid ? Illustrations souhaitées.
Un corps chaud émet un spectre lumineux continu. Plus la température T de ce corps est élevée, plus il émet de lumière dans les courtes longueurs d'ondes.
Un corps froid émet un spectre lumineux discontinu. Plus la température T de ce corps est basse, plus il émet de lumière dans les longues longueurs d'ondes.
7) Comprendre les origines de la couleur des substances ou objets éclairés :
- Couleurs par réfraction
La réfraction, en physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — est un phénomène de déviation d'une onde lorsque sa vitesse change entre deux milieux. La réfraction survient généralement à l'interface entre deux milieux, ou lors d'un changement de densité ou d'impédance du milieu.
La lumière est déviée lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre (par exemple : de l'air à l'eau, ou le contraire…). C'est ce phénomène qu'on observe lorsque l'on regarde une paille dans un verre : celle-ci paraît brisée. Cette fracture apparente est à l'origine du mot réfraction.
- Couleurs par diffusion
La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement, comme la lumière, le son ou une particule en mouvement est dévié dans de multiples directions (on peut parler d'« éparpillement ») par une interaction avec d'autres objets. La polarisation du rayonnement incident est en général modifiée suite à la diffusion. La diffusion peut être également répartie dans toutes les directions (isotrope) ou obéir à un patron de réémission bien particulier selon le milieu traversé (anisotrope). En particulier, la partie de l'onde incidente qui est retourné dans la direction d'où elle a été émise est appelée rétrodiffusion.
La diffusion peut avoir lieu à la rencontre d'une interface entre deux milieux (dioptre), ou à la traversée d'un milieu (cas de la décomposition de la lumière par un prisme ou effet de l'arc-en-ciel).
- Couleurs par diffraction et interférences
La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les points de l'objet. La diffraction se manifeste par le fait qu'après la rencontre d'un objet, la densité de l'onde n'est pas conservée selon les lois de l'optique géométrique.
La diffraction est le résultat de l'interférence* des ondes diffusées par chaque point.
La diffraction s'observe avec la lumière, mais également avec le son, les vagues, les neutrons, les rayons X (une onde électromagnétique comme la lumière) ou la matière. Elle est une signature de la nature ondulatoire d'un phénomène.
*En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce phénomène apparaît souvent en optique avec les ondes lumineuses, mais il s'obtient également avec des ondes électromagnétiques d'autres longueurs d'onde, ou avec d'autre type d'onde comme les ondes sonores
Diffraction Interférences
- Couleurs par absorption
La matière peut émettre de la lumière. Le contraire est également vrai : la matière peut absorber de la lumière. En astronomie, c'est souvent le cas lorsque de la lumière blanche, peu importe sa source (ce peut être la surface du Soleil ou d'une étoile quelconque), traverse un mince nuage de gaz ou de poussière.
Comment l’œil perçoit-il les couleurs ?
Comprendre le principe de fonctionnement d’un œil.
Grâce à la cornée (l'enveloppe translucide de l'œil) et de l'iris (qui en se fermant permet de doser la quantité de lumière), une image se forme sur la rétine. Celle-ci est composée de petits bâtonnets (en anglais rods) et de cônes (en anglais cones).
Les bâtonnets, formés d'une pigmentation appelée rhodopsine et situés en périphérie de la rétine, permettent de percevoir la luminosité et le mouvement (vision scotopique), tandis que les cônes, situés dans un zone appelée fovéa, permettent de différencier les couleurs (vision photonique). Il existe en réalité trois sortes de cônes :
• une sorte pour le rouge (570 nm), appelés erythrolabes
• une sorte pour le vert (535 nm), appelés chlorolabes
• une sorte pour le bleu (445 nm), appelés cyanolabes
9) Qu’appelle-t-on synthèse additive des couleurs ? Schéma (en couleur).
Qu’appelle-t-on synthèse soustractive des couleurs ? Illustrer par une application.
Synthèse soustractive : Matériaux. Synthèse additive : Lumière
Distinguer les sources dites primaires des sources secondaires.
Les sources primaires de lumière :
Les sources primaires de lumière sont les objets lumineux par eux-mêmes. Ils émettent de la lumière. Il en existe 2 catégorie :
- les sources naturelles (ex : le soleil, les étoiles, ...)
- les sources artificielles (ex : écran de télévision, ...)
Les sources secondaires de lumière :
Tous les objets qui nous entourent sont invisibles lorsque rien ne les éclaire. Lorsque ces objets sont éclairés, ils renvoient une partie de la lumière qu’ils reçoivent. Un objet éclairé diffuse une partie de la lumière qu'il reçoit, c'est une source secondaire de lumière.
Ex : la lune
2) Expliquer les termes suivants : incandescence, luminescence, phosphorescence, et fluorescence. Les illustrer par des exemples
a.
L'incandescence est une émission de lumière due à la chaleur. En effet, tous corps chauffé émet dans le spectre visible à partir d'une certaine température ; on parle de « rayonnement du corps noir ».
On parle d'incandescence :
• dans le cas d'une combustion lente : charbon, cigarette ;
• dans le cas des ampoules électriques.
b.
La luminescence est une émission de lumière dite « froide » par opposition à l'incandescence qui elle est dite « chaude » : toute lumière est produite par le retour vers un état de moindre énergie des électrons excités et on parle de luminescence quand le mode d'excitation n'est pas le chauffage.
Il existe plusieurs types de luminescence, parmi lesquels on peut citer :
• la bioluminescence, utilisée par les lucioles ;
• la chimiluminescence, utilisée par exemple dans les bâtons de secours lumineux ;
• l'électroluminescence, utilisée dans les diodes électroluminescentes (DEL), les télévisions ;
• la photoluminescence (PL) :
o dans les tubes luminescents ;
o voir photoluminescence dans les poussières interstellaires, étude de nanostructure ;
• la triboluminescence (contrainte mécanique), visible en écrasant du sucre dans l'obscurité ;
• la radio luminescence lorsque sa source est la désintégration radioactive d'un corps;
• la sonoluminescence consistant à la variation de la taille des bulles d'un gaz luminescent
• etc.
c.
On nomme phosphorescence le phénomène observé lorsqu'une matière continue à émettre de la lumière après avoir été éclairée. Le terme signifie approximativement illuminer comme le phosphore. Le phosphore blanc donne en effet de la lumière dans le noir, mais dans cette matière ce sont des réactions d'oxydation qui en sont la cause.
• Exemple de phosphorescence
• Le phénomène de phosphorescence proprement dit est dû, lui, à une autre réaction : il s'agit d'une suite de pertes d'énergie par des électrons qui ont été excités par la lumière et qui retournent à leur orbite habituelle. Le fait que cela se passe lentement relève du domaine de la mécanique quantique : le retour des électrons à leur état habituel concerne un passage interdit.
• Des matières phosphorescentes sont utilisées pour peindre les aiguilles de certains réveils ou montres, ainsi que dans la fabrication de jouets lumineux.
d.
La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur (on parle parfois de « lumière froide »). Elle se distingue de la phosphorescence en ce que la production de lumière intervient immédiatement ou rapidement après l'excitation. Elle peut entre autres servir à caractériser un matériau.
ATTENTION : les objets fluorescents ne se voient pas dans la nuit.
3) Quelle est l’origine de la lumière ? Qu’est-ce qui fait qu’un corps émet de la lumière ?
La lumière est une forme d’énergie que la matière peut absorber et émettre. La matière est constituée d'atomes qui peuvent stocker cette énergie. Un atome, en revanche, ne peut absorber ou émettre que des paquets d’énergie de taille prédéterminée. En effet, la taille des paquets est caractéristique de chaque type d’atome.
La lumière transporte cette énergie en regroupant éventuellement plusieurs paquets avant d’effectuer une « livraison ». Les paquets d’énergie ainsi « livrées » sont appelées photons, et composent la lumière.
4) Qu’appelle-t-on spectre électromagnétique ?
Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en terme de fréquence, d'énergie des photons ou encore de longueur d'onde associée.
1nm = 10-9 m
5) Qu’appelle-t-on photon ?
Particule élémentaire, de masse et de charge nulle, le photon est l’aspect corpusculaire de la lumière. La vitesse de la lumière, dans le vide, quel que soit le référentiel d'étude, notée c, est environ égale à 300 000 kms-1.
6) L’analyse de la lumière ou sa décomposition en couleurs peut se faire à l’aide d’un prisme.
- Qu’appelle-t-on lumière blanche ?
La lumière blanche est en fait le mélange de toutes les couleurs qui existent.
On en cite souvent les 7 principales : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet.
rouge + orange + jaune + vert + bleu + indigo + violet = BLANC
- Qu’est-ce qui différencie l’émission de lumière par un corps chaud de l’émission de lumière par un corps froid ? Illustrations souhaitées.
Un corps chaud émet un spectre lumineux continu. Plus la température T de ce corps est élevée, plus il émet de lumière dans les courtes longueurs d'ondes.
Un corps froid émet un spectre lumineux discontinu. Plus la température T de ce corps est basse, plus il émet de lumière dans les longues longueurs d'ondes.
7) Comprendre les origines de la couleur des substances ou objets éclairés :
- Couleurs par réfraction
La réfraction, en physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — est un phénomène de déviation d'une onde lorsque sa vitesse change entre deux milieux. La réfraction survient généralement à l'interface entre deux milieux, ou lors d'un changement de densité ou d'impédance du milieu.
La lumière est déviée lorsqu'elle passe d'un milieu transparent à un autre (par exemple : de l'air à l'eau, ou le contraire…). C'est ce phénomène qu'on observe lorsque l'on regarde une paille dans un verre : celle-ci paraît brisée. Cette fracture apparente est à l'origine du mot réfraction.
- Couleurs par diffusion
La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement, comme la lumière, le son ou une particule en mouvement est dévié dans de multiples directions (on peut parler d'« éparpillement ») par une interaction avec d'autres objets. La polarisation du rayonnement incident est en général modifiée suite à la diffusion. La diffusion peut être également répartie dans toutes les directions (isotrope) ou obéir à un patron de réémission bien particulier selon le milieu traversé (anisotrope). En particulier, la partie de l'onde incidente qui est retourné dans la direction d'où elle a été émise est appelée rétrodiffusion.
La diffusion peut avoir lieu à la rencontre d'une interface entre deux milieux (dioptre), ou à la traversée d'un milieu (cas de la décomposition de la lumière par un prisme ou effet de l'arc-en-ciel).
- Couleurs par diffraction et interférences
La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les points de l'objet. La diffraction se manifeste par le fait qu'après la rencontre d'un objet, la densité de l'onde n'est pas conservée selon les lois de l'optique géométrique.
La diffraction est le résultat de l'interférence* des ondes diffusées par chaque point.
La diffraction s'observe avec la lumière, mais également avec le son, les vagues, les neutrons, les rayons X (une onde électromagnétique comme la lumière) ou la matière. Elle est une signature de la nature ondulatoire d'un phénomène.
*En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce phénomène apparaît souvent en optique avec les ondes lumineuses, mais il s'obtient également avec des ondes électromagnétiques d'autres longueurs d'onde, ou avec d'autre type d'onde comme les ondes sonores
Diffraction Interférences
- Couleurs par absorption
La matière peut émettre de la lumière. Le contraire est également vrai : la matière peut absorber de la lumière. En astronomie, c'est souvent le cas lorsque de la lumière blanche, peu importe sa source (ce peut être la surface du Soleil ou d'une étoile quelconque), traverse un mince nuage de gaz ou de poussière.
Comment l’œil perçoit-il les couleurs ?Comprendre le principe de fonctionnement d’un œil.
Grâce à la cornée (l'enveloppe translucide de l'œil) et de l'iris (qui en se fermant permet de doser la quantité de lumière), une image se forme sur la rétine. Celle-ci est composée de petits bâtonnets (en anglais rods) et de cônes (en anglais cones).
Les bâtonnets, formés d'une pigmentation appelée rhodopsine et situés en périphérie de la rétine, permettent de percevoir la luminosité et le mouvement (vision scotopique), tandis que les cônes, situés dans un zone appelée fovéa, permettent de différencier les couleurs (vision photonique). Il existe en réalité trois sortes de cônes :
• une sorte pour le rouge (570 nm), appelés erythrolabes
• une sorte pour le vert (535 nm), appelés chlorolabes
• une sorte pour le bleu (445 nm), appelés cyanolabes
9) Qu’appelle-t-on synthèse additive des couleurs ? Schéma (en couleur).
Qu’appelle-t-on synthèse soustractive des couleurs ? Illustrer par une application.
Synthèse soustractive : Matériaux. Synthèse additive : Lumière
