Sciences physiques et chimiques en laboratoire (STL) · Terminale · Ondes
Ondes électromagnétiques, lumière et transmission de l’information
Du spectre aux fibres optiques.
En bref
Lumière visible, ondes radio, rayons X : ce sont toutes des ondes électromagnétiques.
Lumière visible, ondes radio, rayons X : ce sont toutes des ondes électromagnétiques. Elles se propagent même dans le vide, à la vitesse de la lumière, et servent à éclairer, à chauffer, à soigner et à transmettre.
Le spectre électromagnétique
c = 3,00 × 10⁸ m/s dans le vide ; λ = c / f
| Domaine | Longueur d’onde (ordre de grandeur) |
|---|---|
| ondes radio | plus de 1 mm |
| infrarouge | 800 nm à 1 mm |
| visible | 400 nm (violet) à 800 nm (rouge) |
| ultraviolet | 10 nm à 400 nm |
| rayons X et gamma | moins de 10 nm |
Dans un milieu transparent, la lumière va moins vite : v = c / n, n étant l’indice du milieu.
Onde et photon
La lumière se décrit aussi comme un flux de photons, d’énergie :
E = h × f = h × c / λ avec h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s
Plus λ est courte, plus le photon est énergétique : les UV et les X peuvent ioniser la matière vivante, d’où des seuils d’exposition réglementaires.
Sources de lumière
- Rayonnement thermique : un corps chaud émet un spectre continu dont le maximum suit la loi de Wien : λ_max × T = 2,90 × 10⁻³ m·K. Plus il est chaud, plus il « bleuit ».
- Lampes (LED, fluorescentes) : caractérisées par leur flux lumineux (lumen), leur efficacité lumineuse (lm/W) et leur température de couleur.
- Laser : lumière monochromatique, directive, cohérente, concentrant une grande puissance sur une petite surface. Protection des yeux obligatoire.
Grandeurs énergétiques et photométriques
| Grandeur énergétique | Grandeur photométrique |
|---|---|
| puissance (W) | flux lumineux (lm) |
| éclairement (W/m²) | éclairement lumineux (lux) |
Les grandeurs photométriques tiennent compte de la sensibilité de l’œil, maximale dans le vert (555 nm).
Transmettre l’information
Une chaîne de transmission : émetteur → canal → récepteur. Le canal peut être :
- libre (ondes hertziennes, Wi-Fi) : la puissance reçue diminue avec la distance, plusieurs signaux partagent l’espace grâce à des fréquences porteuses différentes ;
- guidé par un câble (ligne bifilaire, câble coaxial) ou une fibre optique (voir la fiche sur les chaînes d’information).
Atténuation : A (dB) = 10 × log ( P_entrée / P_sortie )
Le débit binaire (bit/s) mesure la quantité d’information transmise par seconde.
Stocker et afficher
- Un disque optique (CD, DVD, Blu-ray) se lit par interférences : entre un creux et un plat, la différence de chemin de λ/2 éteint le faisceau réfléchi. Une longueur d’onde plus courte (laser bleu) permet des creux plus petits, donc plus de données.
- Un afficheur à cristaux liquides module la lumière grâce à deux polariseurs croisés et à des molécules qui font, ou non, tourner la polarisation.
Exemple travaillé
Une fibre de 20 km perd 0,2 dB/km : A = 4 dB. P_sortie = P_entrée / 10^0,4 ≈ 0,40 × P_entrée.
Le rayonnement d’un corps ne dépend que de sa température, pas de sa couleur apparente à la lumière du jour.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide à…
2.Quel domaine a les longueurs d’onde les plus courtes ?
3.L’énergie d’un photon est…
4.Dans un milieu d’indice n = 1,5, la lumière se propage à…
5.Selon la loi de Wien, un corps plus chaud émet un maximum…
6.L’unité du flux lumineux est…
0 / 6 questions
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