Fiche de révision Sources de lumière colorée

La lumière : une onde électromagnétique

Une onde électromagnétique est une propagation d’énergie sans transport de matière. Elle se déplace à la vitesse de la lumière $c$ dans le vide et dans l’air et à une vitesse plus faible dans d’autres milieux, avec $c=3\times10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}$
Ces ondes se déplacent selon une trajectoire rectiligne dans des milieux transparents, c’est-à-dire dans lesquels elles peuvent se propager, comme l’air, l’eau ou le verre.
La longueur d’onde d’une onde électromagnétique $\gamma$ est la distance parcourue par cette onde pendant une période temporelle T de la source.
$\lambda=c\times T=\dfrac{c}{\nu}$
Si on s’intéresse aux différentes longueurs d’ondes on peut délimiter l’ensemble du spectre en six grandes familles :
les rayons $\gamma$;
les rayons X ;
les rayons UV ;
la lumière visible entre $400$ et $800\ \text{nm}$ et qu’on peut diviser selon la couleur perçue ;
les radiations infrarouges ;
les grandes ondes.
Une source de lumière est un corps qui émet de la lumière. Les émetteurs naturels sont en général polychromatiques, et les émetteurs artificiels sont des dispositifs excités par une décharge électrique.
Les LASER (acronyme anglais d’émission de lumière par émission stimulée de radiation) émettent une lumière monochromatique unidirectionnelle et très dense en énergie.
Les DEL (diodes électroluminescentes) s’éclairent lorsqu’elles sont traversées par une tension suffisante.

On dit qu’un corps chauffé rayonne car il émet des ondes électromagnétiques. On dit également que c’est un corps incandescent.
Le spectre d’émission du corps noir est continu et dépend de la température de surface du corps.
Loi de Wien : $\lambda_\text{max}\times T=2,898\times 10^{-3}\ \text{K}\cdot \text{m}$ ($T$ est ici la température)
La température en kelvin est reliée à la température en degré Celsius par la relation suivante : $T(\text{K})=T(\degree\text{C})+273,15$
Attention, déterminer $\lambda_\text{max}$ ne permet pas de prédire la couleur de l’objet, tout dépend des radiations avoisinantes.

Les ondes électromagnétiques peuvent être décrites comme un faisceau de « grains de lumière », les photons. Ces photons ont une énergie quantifiée par la relation suivante: $E=\frac{h\times c}{\lambda}$
Les différents niveaux d’énergie d’un atome sont quantifiés.
L’absorption d’un photon par un atome correspond au passage d’un état moins excité à un état plus excité, cette absorption ne peut se faire que si l’énergie du photon est exactement la même que la différence d’énergie entre les deux états, avec $h\nu=\Delta E=E_\text{sup}-E_\text{inf}$
L’émission d’un photon par un atome est le passage d’un état plus excité à un état moins excité, c’est une désexcitation, elle aussi quantifiée entre deux états d’énergie, avec $h\nu=\Delta E=E_\text{sup}-E_\text{inf}$
Les spectres d’absorption et d’émission sont caractéristiques des atomes et permettent de les identifier.