Fiche de révision : Spectres et vitesse de la lumière

📋 Plan du Cours

1. Vitesse de propagation de la lumière
2. Lumière blanche et longueurs d’onde
3. Température et spectre continu
4. Spectres de raies d’émission
5. Propagation et vision de la lumière
6. Mesurer la vitesse de la lumière

📖 1. Vitesse de propagation de la lumière

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans l’air et le vide, la vitesse de propagation de la lumière vaut environ $c = 3{,}00 \times 10^8\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}$.

• Dans le vide, la valeur de la vitesse de propagation de la lumière est constante.

Compléments

• La vitesse de propagation de la lumière est environ 3,60 × 10^6 fois celle du TGV, 8,70 × 10^5 fois celle du son dans l’air et 1,00 × 10^4 fois celle de la Terre sur son orbite.

📖 2. Lumière blanche et longueurs d’onde

🔑 Notions clés & Définitions

• Radiation monochromatique : Correspond à une seule couleur du spectre de la lumière blanche.
• Longueur d’onde : La grandeur qui caractérise une radiation et s’exprime généralement en nanomètres.

★ À maîtriser

📌 Le spectre de la lumière blanche est continu, car aucune composante colorée ne manque entre ses extrémités, et la lumière blanche est polychromatique.

• Dans l’air ou le vide, les longueurs d’onde des radiations de la lumière blanche sont comprises environ entre 400 nm pour le violet et 800 nm pour le rouge.

Compléments

• La lumière blanche peut être dispersée par un réseau, un prisme ou des gouttes d’eau, ce qui produit le spectre de la lumière blanche.

💡 Astuce mémo

Un prisme ou une goutte d’eau étale la lumière blanche en un ruban continu de couleurs.

📖 3. Température et spectre continu

★ À maîtriser

• Le spectre du rayonnement émis par un corps chaud est continu et ses caractéristiques dépendent de la température de surface du corps.

📌 Lorsque la température de surface d’un corps chaud augmente, son spectre devient plus lumineux et s’enrichit vers le violet.

Compléments

• La lumière émise par un corps chaud est rougeâtre lorsque sa température de surface n’est pas très élevée et tend vers le blanc lorsque cette température est plus élevée.

• La lave en fusion et le métal en fusion dans une fonderie sont des exemples de corps chauds qui émettent de la lumière.

💡 Astuce mémo

Température de surface augmente → spectre plus lumineux et enrichi vers le violet.

📖 4. Spectres de raies d’émission

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre de raies d’émission : Le spectre discontinu d’un gaz excité, composé de raies colorées sur fond noir.

★ À maîtriser

📌 Les radiations émises par une entité chimique sont caractéristiques de cette entité, et leurs longueurs d’onde permettent de l’identifier.

📌 Un spectroscope permet d’observer un spectre d’émission constitué de raies colorées, tandis qu’un spectrophotomètre permet d’enregistrer ce spectre sous forme de pics d’intensité.

Compléments

• Le spectre du mercure comporte notamment les radiations suivantes:
  • 405 nm
  • 436 nm
  • 546 nm
  • 579 nm

💡 Astuce mémo

Spectroscope : raies colorées ; spectrophotomètre : pics d’intensité.

📖 5. Propagation et vision de la lumière

🔑 Notions clés & Définitions

• Source primaire : Un objet qui émet sa propre lumière, comme un réverbère allumé ou une étoile.
• Objet diffusant : Ne produit pas sa propre lumière et renvoie dans toutes les directions une partie de la lumière qu’il reçoit, comme la Lune.

★ À maîtriser

📌 Dans un milieu transparent, la lumière se propage en ligne droite ; cette propagation est dite rectiligne.

Compléments

• Voir une source primaire ou un objet diffusant consiste à recevoir au niveau des yeux de la lumière qui en provient.

• Le trajet de la lumière est modélisé par un rayon lumineux représenté par une demi-droite fléchée partant de la source.

💡 Astuce mémo

Source primaire émet sa lumière ; objet diffusant renvoie la lumière reçue.

📖 6. Mesurer la vitesse de la lumière

★ À maîtriser

• Galilée ne réussit pas à mesurer la vitesse de la lumière avec ses lanternes, car les allumages semblent instantanés.

• En 1849, Hippolyte Fizeau invente un appareil au mont Valérien et mesure la durée moyenne de 55 µs pour l’aller-retour de la lumière entre le mont Valérien et Montmartre, séparés de 8 633 m.

• La valeur exacte de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide est 299 792 458 m·s⁻¹, et cette valeur est très peu modifiée dans l’air.

Compléments

• Lors de l’expérience de Galilée, une première lanterne déclenche une clepsydre, une seconde lanterne est allumée dès que sa lumière est aperçue, puis la clepsydre est arrêtée lorsque la première lanterne voit la seconde lumière.

• Un nanomètre vaut 1 × 10^-9 mètre.

💡 Astuce mémo

Galilée tente la mesure ; Fizeau mesure l’aller-retour avec une roue et un miroir.

📊 Tableaux de synthèse

Types de spectres lumineux