Chapitre 4 : Rayonnements et particules

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1 1. Définitions Chapitre 4 : Rayonnements et particules Un rayonnement (ou radiation) est l émission ou la transmission d'énergie transportée par une onde électromagnétique (ou OEM) ou une particule (proton, neutron, électron, noyau d hélium, ) à partir d une source Les ondes électromagnétiques (Rappel) Définition : Une onde électromagnétique est la propagation d une perturbation électromagnétique (combinaison d un champ magnétique et d un champ électrique) dans un milieu (modification de l état des électrons dans les atomes). Une onde électromagnétique se caractérise par : - Sa vitesse de propagation dans le milieu (en m.s 1 ) aussi appelée célérité ; - Sa période T (en s) et sa fréquence (1) ( = 1, en Hz), si elle est périodique ; T - Sa longueur d'onde λ (en m) qui correspond à la distance parcourue par l onde pendant la durée T : = v T= v ν -1 v vitesse de propagation de l'onde (en m.s ) T période de l'onde (en s) ν fréquence de l'onde (en Hz) Remarque : dans le vide, la vitesse de propagation d une onde électromagnétique est égale à la célérité de la lumière dans le vide : c = m.s 1. On a alors : 1.2. Les particules c = c T = c ν -1 célérité de la lumière dans le vide (en m.s ) T période de l'onde (en s) ν fréquence de l'onde (en Hz) Particule Masse (kg) Source Proton 1, Radioactivité (désintégration ) Neutron 1, Radioactivité (désintégration + ) Électron 9, Radioactivité (désintégration ) Noyau d hélium 6, kg Radioactivité (désintégration ) Photon 0 (théorique) < kg (expérimental) Source de lumière Remarque : dualité onde-particule ( voir chapitre???) En 1905, Albert Einstein réintroduisit l'idée que la lumière pouvait avoir une nature corpusculaire : il expliqua l'effet photoélectrique, en postulant l'existence des photons, sortes de grains d'énergie lumineuse avec des qualités de particules. 1 Lettre grecque «nu»

2 2. Spectre des ondes électromagnétiques Les ondes électromagnétiques sont classées en plusieurs domaines qui sont fonction de leur fréquence ou de leur longueur d'onde dans le vide : Type d onde Domaine de fréquences Domaine de longueur d onde Énergie (ev) Les ondes radio 10 khz 300 MHz 100 km 10 m Les micro-ondes 300 MHz 300 GHz 1 m 1 mm Les rayonnements IR 300 GHz 3, Hz 1 mm 800 nm Le domaine visible 3, Hz 7, Hz 800 nm 400 nm Les rayonnements UV 7, Hz Hz 400 nm 300 nm Les rayons X Hz Hz 0,01 nm 10 nm Les rayons > Hz < m 1 kev 100 GeV Spectre des ondes électromagnétiques : Source : Criirem (Classement des ondes) Sources de rayonnements dans l Univers et détecteurs : Types de rayonnement Sources de rayonnement Détecteurs Ondes radio Micro-ondes UV, visibles, IR Ondes Nuages de gaz froids, supernovas, galaxies, big bang Gaz froids, nuages de poussières du milieu interstellaire Étoiles chaudes Antenne radio Radar, antenne de télévision UV : le télescope (EIT de SoHO par ex). Visible : œil, capteur CCD IR : pyromètre, bolomètre Rayons X Étoiles à neutrons, naines blanches Plaque photographique Pulsars (étoile en fin de vie) Compteur Geiger Rayons Réactions nucléaires (cœur des étoiles) Plaque photographique Particules alpha ou béta Particules chargées (les muons,...) Particules Désintégration de noyaux radioactifs (radioactivité) Désintégration de particules (pions) dans la haute atmosphère terrestre Compteur Geiger-Muller Chambre à brouillard

3 3. Absorption de rayonnements par l atmosphère terrestre 3.1. L effet de serre ( Activité «Effet de serre») 3.2. Les aurores polaires (boréales ou australes) Provoquées par l'interaction entre les particules chargées du vent solaire et la haute atmosphère, les aurores se produisent principalement dans les régions proches des pôles magnétiques, dans une zone annulaire justement appelée «zone aurorale» (entre 65 et 75 de latitude).

4 Trois gaz sont à l'origine de ces phénomènes : le diazote, le dioxygène et le dihydrogène. Le diazote donne des couleurs bleues et rouges et le dioxygène des teintes vertes et rouges. Notre atmosphère, principalement constituée de diazote (environ 80 %) et de dioxygène, nous offre généralement des spectacles visuels de couleur rouge pouvant donner l'impression d'un ciel en feu. Source : Wikipedia.org (Aurore polaire)

5 Chapitre 4 : Rayonnements et particules Les objectifs de connaissance : - Savoir définir un rayonnement et caractériser une onde électromagnétique ; - Connaître les particules élémentaires qui constituent la matière ; - Connaître les principaux domaines du spectre des ondes électromagnétique ; - Les interactions entre les ondes électromagnétiques et l atmosphère terrestre. Les objectifs de savoir-faire : - Associer un détecteur à chaque type d onde électromagnétique. Je dois savoir Oui Non - Définition des mots : Rayonnement, célérité, longueur d onde, domaine visible, IR et UV - Donner les caractéristiques d une onde électromagnétique. (cf. 1.1) - Utiliser l expression de la longueur d onde d une onde électromagnétique. (cf. 1.1) - Les particules élémentaires qui constituent la matière et leur origine. (cf. 1.2) - Définir les domaines UV, visible et IR du spectre des ondes électromagnétique. (cf. 2) - Associer un détecteur à chaque type d onde électromagnétique. (cf. 2) - Les interactions entre rayonnements et atmosphère terrestre. (cf. 3)