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Les sources de lumière colorée

Spectre

Un spectre lumineux est la figure obtenue par décomposition de la lumière par un spectroscope (dispositif qui contient un prisme ou un réseau) et qui permet d'observer l'ensemble des radiations émises par une source lumineuse.

Longueur d'onde

La longueur d'onde est une grandeur physique caractérisant une radiation. Elle se note \(\displaystyle{\lambda}\) et s'exprime en mètres (m).

Type de lumière Monochromatique Polychromatique
Spectre composé D'une seule raie D'un fond continu De plusieurs raies
Exemple de sources Laser Soleil, lampes à incandescence Tubes "néon", lampes fluocompactes (à économie d'énergie)
Modèle Ondulatoire Corpusculaire
Formule associée \(\displaystyle{c_{\left(m.s^{-1}\right)} = \lambda_{\left(m\right)} \times \nu_{\left(Hz\right)} }\) \(\displaystyle{E_{photon \left(J\right)} = h_{\left(J.s\right)} \times \nu_{\left(Hz\right)}}\)
Grandeurs
  • c : célérité (vitesse) de la lumière, dans le vide : \(\displaystyle{c = 3,00 \times 10^{8}}\) m.s−1.
  • \(\displaystyle{\lambda}\) : longueur d'onde de la radiation, en m
  • v : fréquence de la radiation, en Hz
  • \(\displaystyle{E_{photon}}\) : énergie d'un photon, en J
  • h : constante de Planck, \(\displaystyle{h = 6,63 \times 10^{-34}}\) J.s
  • v : fréquence de la radiation, en Hz

Formule liant l'énergie d'un photon à la longueur d'onde de la radiation associée

La formule liant l'énergie d'un photon Ephoton et la longueur d'onde \(\displaystyle{\lambda}\) de la radiation associée est :

\(\displaystyle{E_{photon \left(J\right)} = \dfrac{ h_{\left(J.s\right)} \times c_{\left(m.s^{-1}\right)}}{\lambda_{\left(m\right)}}}\)

Conversion de l'énergie en électron-volt (eV)

On exprime souvent les énergies des photons en électron-volt (eV), unité plus adaptée aux énergies des photons associés à des rayonnements visibles :

\(\displaystyle{E_{photon \left(eV\right)} = \dfrac{E_{photon \left(J\right)}}{1,60 \times 10^{-19}}}\).

Conversion de la température en kelvin (K)

Le kelvin (K) est l'unité de température absolue du système international. La relation qui permet de convertir une température exprimée en °C en K est :

\(\displaystyle{T_{\left(K\right)} = T_{\left(°C\right)} + 273,15}\)

Loi de Wien

La loi de Wien relie la température T de surface de la source, exprimée en kelvin (K), et la longueur d'onde \(\displaystyle{\lambda_{max}}\), exprimée en mètres (m) de son maximum d'émission :

\(\displaystyle{\lambda_{max \left(m\right)}\times T_{\left(K\right)} = 2,898 \times 10^{-3}}\) m.K

Quantification de l'énergie d'un atome, états fondamental et excité

L'énergie d'un atome (ou d'un ion) ne peut prendre que certaines valeurs, en nombre restreint, qui dépendent de la nature de l'atome : on dit que l'énergie de l'atome est quantifiée. On représente sur un diagramme d'énergie les niveaux d'énergie accessibles pour un atome, que l'on numérote avec l'indice n appelé nombre quantique.

  • n = 1 caractérise l'état fondamental : l'énergie de l'atome est minimale, sa stabilité est maximale.
  • Les nombres quantiques n > 1 caractérisent les états excités de l'atome.
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Diagramme énergétique de l'atome d'hydrogène

Interaction atome − photon

Interaction Émission d'un photon Absorption d'un photon
Énergie du photon \(\displaystyle{E_{photon} = |\Delta E_{atome}| = |E_{final} - E_{initial}|}\) \(\displaystyle{E_{photon} = \Delta E_{atome} = E_{final} - E_{initial}}\)
Longueur d'onde de la radiation \(\displaystyle{\lambda_{\left(m\right)} = \dfrac{ h_{\left(J.s\right)} \times c_{\left(m.s^{-1}\right)}}{E_{photon\left(J\right)}} = \dfrac{ h_{\left(J.s\right)} \times c_{\left(m.s^{-1}\right)}}{|E_{final \left(J\right)} - E_{initial \left(J\right)}|}}\) \(\displaystyle{\lambda_{\left(m\right)} = \dfrac{ h_{\left(J.s\right)} \times c_{\left(m.s^{-1}\right)}}{E_{photon\left(J\right)}} = \dfrac{ h_{\left(J.s\right)} \times c_{\left(m.s^{-1}\right)}}{E_{final \left(J\right)} - E_{initial \left(J\right)}}}\)
Représentation de la transition
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Représentation de l'émission d'un photon

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Représentation de l'absorption d'un photon