uur uur u ur Remarque : la superposition d'une lumière naturelle et d'une lumière totalement polarisée est une lumière partiellement polarisée.

Transcription

1 T OLRITION RECTILIGNE DE L LUMIERE 1 - Descrpton de l'onde lumneuse naturelle : Une lumère naturelle résulte de la désectaton d'atomes qu émettent alors des vbratons (ou trans d'onde) de pérode de l'ordre de s, et de durée de l'ordre de 10-8 à 10-9 s. ucune relaton n'este entre les phases et les polarsatons des dfférents trans d'onde. La durée de détecton des capteurs de lumère (flumètre, photodode) varant entre 1ms et 10-1 s, la lumère naturelle apparaît ans comme la superposton d'un grand nombre d'états de polarsaton (son champ électromagnétque vare de façon aléatore et très rapdement dans le temps). La lumère naturelle est non : On la décrt comme la superposton de deu ondes s rectlgnement dans deu drectons orthogonales, de même ampltude, mas dont le déphasage est aléatore, et vare rapdement. Représentaton d une lumère non E = E + E : E Remarque : la superposton d'une lumère naturelle et d'une lumère totalement est une lumère partellement. 2 - olarsaton par dchroïsme : les polarseurs : 21 - Dchroïsme : * Le dchroïsme est l'absorpton sélectve par certans matérau (appelés dchroïques) d'une drecton de polarsaton de l'onde lumneuse qu les traverse. * Eemples : - la tourmalne : perre naturelle de boroslcate d'alumnum, crstallsant dans un sstème rhomboédrque (les faces sont des losanges). uvant une drecton, les électrons de l'édfce crstalln absorbent l'énerge fourne par l'onde ncdente : la composante correspondante du champ électrque s'amortt donc totalement. La composante dans la drecton perpendculare ne s'amortt que fablement. - les feulles polaroïd : elles ont été nventées en 1938 par l'amércan Edwn Land. Ce sont des feulles plastques endutes d'un matérau organque à longues molécules, pus étrées. La composante du champ électrque ncdent selon la drecton des molécules est fortement absorbée par celles-c (transmttance de l'ordre de 0,0002%). La composante suvant la drecton orthogonale est partellement transmse (transmttance de l'ordre de 50%) olarseur : Un polarseur est un sstème optque transformant une lumère de polarsaton quelconque en une lumère de polarsaton rectlgne. La drecton de polarsaton du champ électrque émergent s'appelle encore ae du polarseur. u ur E Drecton de propagaton E E e du polarseur E polarsé selon l ae du polarseur Lumère non olarseur L'acton d'un polarseur ne dépend pas de la longueur d'onde On pourra donc utlser une source de lumère blanche pour les epérences à venr.

2 * naloge : ondes centmétrques : L'émetteur (dode Gunn) émet une onde plane progressve monochromatque rectlgnement, de fréquence envron 10 GH. Le récepteur (dode chottk) délvre une tenson proportonnelle à l'ampltude du champ électrque. Le polarseur est une grlle consttuée de barreau parallèles : - lorsque les barreau sont parallèles au champ électrque ncdent, les électrons de la grlle sont ms en mouvement suvant la drecton des barreau, et l'énerge qu'ls reçovent est dsspée sous forme thermque : l'onde est absorbée. - lorsque les barreau sont orthogonau au champ électrque ncdent, l'absorpton est néglgeable cton d'un polarseur : L E e ot e, le vecteur untare drgeant l'ae du polarseur. r E E e e Le champ électrque transms est la projecton du champ ncdent sur l'ae du polarseur : = (. ) r Rq : En réalté, le champ transms est atténué, et : E = t ( E. e ) e où t est la transmttance en ampltude du polarseur: 0 < t 1. Lorsque t = 1, on dt que le polarseur est parfat ssocaton de deu polarseurs : la lo de Malus : L Ecran E E On place un deuème polarseur entre le polarseur et l'écran. Le polarseur s'appelle alors analseur, son rôle étant d'analser l'onde lumneuse en sorte du polarseur. Lo de Malus : ot α, l'angle entre les aes du polarseur et de l'analseur. lors : I = t 2 I cos 2 α t : transmttance en ampltude de l'analseur I : ntensté lumneuse en sorte de l'analseur I : ntensté lumneuse en sorte du polarseur. e e = e α Démonstraton : our smplfer, prenons O comme ae du polarseur :

3 25 - pproche qualtatve : crosement du polarseur et de l'analseur : π Lorsque α =, l a etncton de la lumère émergeant de l'analseur : on dt que le polarseur et l'analseur 2 sont crosés. * Epérence : Réalser le montage suvant : Condenseur ource de lumère blanche L Daphragme Réalsaton d ' une source ponctuelle Ecran L est une lentlle mnce convergente de dstance focale 200 mm. Réglages : - Le condenseur sert à concentrer la lumère de la source sur le daphragme, afn d'approcher un pont source. - Le daphragme dot être au foer objet de la lentlle L, afn d'obtenr un fasceau de lumère parallèle à l'ae optque. Utlser la méthode d'autocollmaton pour effectuer ce réglage. - ogner les réglages d'algnement optque. Observaton : Tourner l'ae de l'analseur, et observer : - le mamum de lumère - le mnmum de lumère (polarseur et analseur crosés) pproche quanttatve : vérfcaton de la lo de Malus : * lacer et tels que α = 0. (L'œl étant plus sensble à un mnmum d'éclarement qu'à un mamum, trouver cette poston à partr de l'etncton). * Remplacer l'écran par une dode photoélectrque délvrant une tenson V proportonnelle au flu de lumère reçu, donc à l'éclarement. ffner alors le réglage précédent. * Mesurer V pour α varant de 0 à 90. Tracer la courbe V=f(cos 2 α). Conclure. En fn de mesure, ne pas oubler de mettre le commutateur de la photodode sur rrêt, afn d évter que la ple ne débte nutlement. 3 - olarsaton par réfleon vtreuse : ar réfleon vtreuse, on entend réfleon d'un mleu transparent (en général l'ar) sur un autre mleu transparent en général plus réfrngent (comme le verre) ngle d'ncdence de Brewster : Ce phénomène a été découvert en 1808 par Malus. Lors de la réfleon d'une OM d'un mleu transparent d'ndce n 1 sur un mleu transparent d'ndce n 2, l este un angle d'ncdence θ B, appelé angle de Brewster, pour lequel le coeffcent de réfleon de la composante de appartenant au plan d'ncdence est nul (vor TD).

4 Epérence 1 : annulaton du coeffcent de réfleon d'une onde dans le plan d'ncdence : E as de raon réfléch θ1 = θ laque de B verre Le champ ncdent E est polarsé dans le plan d'ncdence polarseur. On règle θ 1 à θ B pour lequel l n' a plus de raon réfléch., grâce au Epérence 2 : polarsaton de l'onde réfléche dans la drecton orthogonale au plan d'ncdence : E E Lumère naturelle θ B Lumère laque de verre La lumère ncdente est naturelle, non. L angle θ 1 est fé à θ B. On vérfe, avec un polarseur, que l onde réfléche est orthogonalement au plan d ncdence. n ous l'ncdence de Brewster θ rc tan 2, la lumère réfléche est orthogonalement au n plan d'ncdence. B = 1 Remarque : le raon réfracté est orthogonal au raon réfléch. pplcaton numérque : Calculer l'angle de Brewster pour une réfleon ar (n 1 = 1) sur verre (n 2 1,5) : 32 Détermnaton de l ae d un polarseur : Observer à travers un polarseur la lumère réfléche par une vtre (volet fermé). Tourner l'ae du polarseur jusqu'à obtenr un mnmum d'ntensté lumneuse. Chercher ensute l'etncton en modfant l'angle de réfleon, donc d'ncdence. En dédure la drecton de l'ae du polarseur. Ne pas se fer (en partculer lors des concours) à la drecton ndquée sur un polarseur : elle représente sot son ae, sot sa perpendculare. 4 - olarsaton par dffuson : ot un mleu dffusant, consttué de molécules polarsables. On l éclare par une lumère naturelle u E = E + E ncdente 1 2 : E 1 u ur u E 2 p 1 ndut par E 1 On rappelle qu un dpôle oscllant ne raonne pas sur son ae. grégat de molécules polarsables p 2 ndut u par E 2 ur E polarsé rectlgnement p 2 ne raonne pas dans cette drecton La polarsaton par dffuson résulte de l ansotrope du raonnement d un dpôle oscllant.

5 La dffuson de la lumère par des molécules ou des partcules de très fables dmensons en suspenson s'accompagne d'une polarsaton totale s on observe dans une drecton orthogonale à la drecton de propagaton de l'onde ncdente. La drecton de polarsaton est orthogonale à la drecton d'observaton, et à la drecton de propagaton de l'onde ncdente. Mse en évdence : epérence du solel couchant : L'acton de l'acde chlorhdrque sur le thosulfate de sodum donne du soufre colloïdal, c'est-à-dre s'agrégeant en granules : Effectuer l'epérence : Lumère blanche HCl à verser (0,5 moll -1 ) (2) Na 2 2 O 3 (0,1 moll -1 ) (1) Dès que la soluton dffuse, observer cette lumère à travers un polarseur, perpendcularement à la lumère ncdente. Quelle est la couleur de la lumère dffusée? L onde est-elle? olarseur (1) Quelle est la drecton de polarsaton? Rq : Dans une autre drecton, la lumère est partellement. (2) Observer également la couleur obtenue après traversée de la soluton par l'onde ncdente : Quel est l'aspect de la soluton en fn d'epérence?