Fiche de révision : Ondes électromagnétiques

📋 Plan du Cours

1. Dualité des ondes électromagnétiques
2. Définitions ondulatoires de Maxwell
3. Caractéristiques et spectres ondulatoires
4. Modèle corpusculaire et photons
5. Effet photoélectrique et interactions
6. Applications et classification

📖 1. Dualité des ondes électromagnétiques

📝 Points essentiels

📌 La dualité onde-corpuscule décrit l’onde électromagnétique à la fois comme une onde, forme spontanée de transport de l’énergie, et comme un flux discontinu de corpuscules appelés photons.

💡 Astuce mémo

Onde = transport continu ; corpuscule = paquet discret

📖 2. Définitions ondulatoires de Maxwell

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde électromagnétique : l’association d’un champ électrique et d’un champ magnétique sinusoïdaux et perpendiculaires entre eux

★ À maîtriser

• La propagation d’une onde électromagnétique est rectiligne, dans une direction perpendiculaire au plan défini par les champs électrique et magnétique, et sa vitesse est constante dans un milieu donné.

Compléments

📐 Formule — Les champs électrique et magnétique peuvent s’écrire respectivement $\vec{E}(x,t)=\vec{E}_0\cos(\omega t-kx)$ et $\vec{B}(x,t)=\vec{B}_0\cos(\omega t-kx)$.

💡 Astuce mémo

Deux champs perpendiculaires E et B avancent comme une vague

📖 3. Caractéristiques et spectres ondulatoires

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre électromagnétique : la distribution des intensités en fonction des fréquences et peut être un spectre de raies ou un spectre continu

★ À maîtriser

📐 Formule — La fréquence et la période sont liées par $\nu=\frac{1}{T}$, avec ν en hertz et T en seconde.

📐 Formule — La longueur d’onde vérifie $\lambda=cT=\frac{c}{\nu}$ et s’exprime en mètres.

• Dans le vide, et également dans l’air, la célérité des ondes électromagnétiques vaut $c=3\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$, tandis qu’elle est inférieure à cette valeur dans les autres milieux.

Compléments

• Le spectre d’émission du Soleil est continu et présente un maximum entre 400 et 800 nm, dans le domaine visible.

• Le spectre d’émission de l’hydrogène est un spectre de raies, notamment dans la série de Balmer.

💡 Astuce mémo

Fréquence → longueur d’onde → spectre

📖 4. Modèle corpusculaire et photons

🔑 Notions clés & Définitions

• Photon : un corpuscule constituant un flux discontinu de paquets d’énergie et se propageant en ligne droite avec la même célérité que l’onde associée

★ À maîtriser

📐 Formule — L’énergie transportée par un photon est donnée par la relation de Planck $E=h\nu$, où h vaut $6{,}62\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$.

📐 Formule — Lorsque E est exprimée en eV et λ en nm, l’énergie du photon vérifie $E=\frac{hc}{\lambda}=\frac{1240}{\lambda}$.

Compléments

• L’électronvolt est une unité adaptée à l’énergie des photons et vérifie $1\ \mathrm{eV}=1{,}602\times10^{-19}\ \mathrm{J}$.

💡 Astuce mémo

Fréquence élevée → photons plus énergétiques

📖 5. Effet photoélectrique et interactions

📝 Points essentiels

• 🔄 L’effet photoélectrique se déroule selon les étapes suivantes:
  1. Une source ultraviolette éclaire une plaque de zinc portée au potentiel VP
  2. Des électrons sont arrachés à la plaque
  3. Les électrons sont recueillis sur une plaque portée au potentiel VQ
  4. Un courant est observé avec ΔV = VP − VQ

📌 L’effet photoélectrique est impossible avec une source lumineuse rouge plus intense, car l’arrachement des électrons dépend de l’énergie des photons et non de l’intensité énergétique de l’onde.

📌 L’aspect ondulatoire prédomine pour les rayons de faible énergie et de grande longueur d’onde, comme la lumière et les ondes hertziennes, tandis que l’aspect corpusculaire prédomine pour les rayons de forte énergie et de longueur d’onde de l’ordre de la dimension de l’atome, comme les rayons X et γ.

💡 Astuce mémo

Faible énergie macroscopique : onde ; forte énergie quantifiée : corpuscule

📖 6. Applications et classification

🔑 Notions clés & Définitions

• Lumière : l’ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l’œil humain, avec des longueurs d’onde comprises entre 400 nm et 800 nm, du violet au rouge

★ À maîtriser

• Les principales utilisations en imagerie médicale sont: les rayons X en radiologie, les rayons γ en scintigraphie, les ondes radiofréquences en résonance magnétique

• Les ultraviolets ont une longueur d’onde inférieure à 400 nm et les infrarouges ont une longueur d’onde supérieure à 800 nm.

Compléments

• En photographie, la lumière visible noircit plus ou moins un film composé d’halogénures d’argent selon l’énergie des photons réfléchis par le sujet photographié.

💡 Astuce mémo

Visible → ultraviolet → infrarouge selon la longueur d’onde

📊 Tableaux de synthèse

Domaines et usages des ondes