La lumière et le spectre électromagnétique
Énergie du soleil
La quasi-totalité (99,97%) de l’énergie que nous avons sur Terre provient du soleil. Cela représente une moyenne de 340 joules/seconde pour chaque mètre carré de la surface de la Terre.
L’énergie solaire est une énergie nucléaire. Elle provient des réactions de fusion qui se produisent dans le soleil. Dans une réaction de fusion, deux petits noyaux fusionnent pour former le noyau d’un atome plus gros. Une partie de la masse est convertie en énergie au cours de ce processus. Voici une réaction de fusion typique. Un isotope de l’hydrogène, le deutérium ou 2H, se combine avec un autre isotope de l’hydrogène, le tritium ou 3H, pour former de l’hélium et un neutron.
Le noyau de deutérium est constitué de 1 proton et 1 neutron avec une masse atomique d’exactement 2,0. Le tritium possède 1 proton et 2 neutrons (3,0 amu). Le noyau d’hélium a une masse de 3,98 amu et le neutron libre est de 1,0 amu. Dans cette réaction, une certaine masse, 0,02 amu, est convertie en énergie.
Rappellez-vous que le joule (J) est l’unité standard d’énergie. Nous pouvons convertir toute autre unité d’énergie en joules ou en kilojoules (kJ). Il existe de nombreux programmes de conversion en ligne pour faciliter les calculs. Par exemple 1 joule est égal à 1 (kilogramme)(mètre)2/(secondes)2.
Dans le dernier cours, vous avez vu que le soleil, comme tout autre objet chaud, libère son énergie sous forme de « rayons » discrets qui ont certaines propriétés des particules et certaines propriétés des ondes. Nous les appelons rayonnement électromagnétique.
Il existe une distribution des énergies du rayonnement qui ressemble à la distribution des énergies cinétiques des atomes et des molécules dans une substance. La plupart des graphiques des distributions d’énergie ont une forme similaire.
Notez que le rayonnement dans la gamme de la lumière visible est proche de l’énergie moyenne pour le spectre solaire, mais il y a pas mal de rayonnement plus et moins énergétique que cela.
Vous rayonnez de l’énergie, aussi. Le rayonnement d’un corps d’environ 310 K se situe dans le domaine de l’infrarouge.
Rayonnement électromagnétique
Le rayonnement électromagnétique est le type d’énergie qui englobe la lumière, la chaleur, et les rayons X. Il peut être décrit à l’aide d’un modèle d’onde sinusoïdale, où les propriétés du rayonnement dépendent de la longueur d’onde, de la fréquence et d’autres paramètres de l’onde. À certaines fins, il est plus logique de décrire l’énergie comme un flux de particules de lumière appelées photons, où l’énergie des photons est proportionnelle à la fréquence du rayonnement.
Propriétés des ondes du rayonnement électromagnétique :
- Amplitude (A) : La hauteur de l’onde
- Longueur d’onde (λ) : La distance entre deux crêtes de l’onde
- Crête et creux : Les points les plus hauts et les plus bas, respectivement, d’une onde
- Vitesse de la lumière ( c ) : La vitesse du rayonnement lorsqu’il se déplace dans le vide. Cette quantité est la même pour toutes les formes de rayonnement électromagnétique, des rayons X à la lumière en passant par les ondes radio, et elle est constante dans un milieu de transport particulier.La vitesse de la lumière dans le vide est de 2,99792 x 108 m/s. La vitesse de la lumière dans l’air est seulement 0,03% plus lente, et c dans l’un ou l’autre des milieux est généralement juste arrondi à 3,00 x 108 m/s.
- Fréquence (ν) : Le nombre d’ondes qui passent par un point fixe par seconde
- Période (T) : Le nombre de secondes que met une onde à passer par un point fixe
- ν = 1/T – La fréquence de l’onde est l’inverse de la période.
- λ ν = c (ou ν = c/λ) – le produit de la fréquence et de la longueur d’onde est la vitesse de la lumière. Alternativement, la fréquence d’une onde est inversement proportionnelle à la vitesse.
- E = hν = hc/λ , où h est la constante de Planck, 6,626 x 10-34 – L’énergie du rayonnement est égale à la constante de Plank multipliée par la fréquence du rayonnement.
Le spectre électromagnétique
Bien que toutes les ondes du rayonnement électromagnétique se déplacent à la vitesse de la lumière, les différents types d’ondes ont des longueurs d’onde, des fréquences et des énergies très différentes. Plus la longueur d’onde du rayonnement est courte, plus la fréquence et l’énergie sont grandes. Le spectre électromagnétique s’étend du rayonnement gamma (γ), qui a la plus courte longueur d’onde, la plus haute fréquence et la plus grande énergie, aux ondes radio, qui ont la plus grande longueur d’onde et la plus basse fréquence et énergie.
La lumière ultraviolette (UV) est divisée en trois régions :
- UV A, longueur d’onde = 400 – 320 nm
- UV B, longueur d’onde = 320 – 280 nm
- UV C, longueur d’onde =
La lumière visible est comprise entre 750 nm (rouge) et 400 nm (violet). Vous vous souvenez de Roy G. Biv ?BackCompassTablesIndexIntroductionNext