Ondes lumineuses

Ondes lumineuses

Nature de la lumière

Dualité onde-particule : onde électromagnétique (Maxwell) et flux de photons d'énergie $E = h\nu = hc/\lambda$. Vitesse dans le vide : $c = 3{,}00 \cdot 10^8$ m/s.

Spectre électromagnétique

γ < X < UV < visible (400-800 nm) < IR < micro-ondes < ondes radio. Visible : violet (400) → rouge (800 nm).

Propagation

• Indice de réfraction : $n = c/v$. Verre $n \approx 1{,}5$, eau 1,33.
• Lois de Snell-Descartes : $n_1 \sin i_1 = n_2 \sin i_2$ (réfraction) ; angle de réflexion = angle d'incidence.
• Dispersion : $n$ dépend de $\lambda$ → décomposition par un prisme, arc-en-ciel.

Phénomènes ondulatoires

• Diffraction : étalement angulaire au passage d'une fente : $\theta \approx \lambda/a$.
• Interférences (fentes de Young) : franges brillantes si $\delta = k\lambda$, sombres si $\delta = (k+\tfrac{1}{2})\lambda$. Interfrange $i = \lambda D/a$.
• Polarisation : oscillation du champ électrique dans une direction.

Spectres

• Continu (corps chaud, loi de Planck, loi de Wien $\lambda_{max} T = 2{,}9 \cdot 10^{-3}$ m·K).
• Raies d'émission (gaz chaud) ou d'absorption (gaz froid devant une source continue).
• Identification d'éléments (spectroscopie astronomique).

Effet photoélectrique (Einstein 1905)

Émission d'e⁻ par un métal éclairé si $\nu \geq \nu_{seuil}$. Énergie cinétique max : $E_{c,max} = h\nu - W$. Application : cellules photoélectriques, panneaux solaires.

Applications

Microscopie optique, lasers, fibres optiques, spectroscopie analytique, imagerie médicale (rayons X), photographie.