Chapitre 4 : Les sources de lumière

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1 Chapitre 4 : Les sources de lumière mercredi 6 novembre 2013

2 1. Différentes sources de lumière. Voir TP 5 Il existe de nombreux moyen de produire et d émettre de la lumière. Quelles sont leurs différences? Comment peut on caractériser une source de lumière blanche ou de lumière colorée?

3 La lumière est une des manifestations du rayonnement électromagnétique. La lumière blanche est de la lumière dont le spectre contient la majorité des radiations du domaine du visible, comprises dans un domaine de longueur d onde entre 400 et 800 nm environ. Le rayonnement dont les longueurs d onde sont supérieure à 800 nm correspondent au domaine infra-rouge; le domaine des longueurs d onde inférieures à 400 nm sont dans le domaine des ultraviolets.

4 a. Les sources de lumière blanche Il existe de nombreuses sources de lumière blanche, on peut néanmoins les classer en 2 catégorie : Les sources incandescentes, ou le type de lumière dépend de la température de la source. On observe un spectre d émission continu. Exemples : Le Soleil (T = 5500 C) Les lampes à incandescence (T filament 24OO C ) Flammes, lave en fusion

5 Les sources luminescentes ou le type de lumière dépend de la nature de la source. On va observer un spectre d émission continu, de bande ou de raie en fonction de la source. Exemples: DEL Lampes à décharges (Fluocompact) Lampe à vapeur de mercure, de sodium.

6 Les sources de lumière blanches sont dites polychromatique car leur spectre présente plusieurs radiations de longueurs d onde différentes. L œil observe dans tous les cas de la lumière blanche, mais les sources sont différentiable grâce à leur profil spectral c est-à-dire la courbe donnant l intensité lumineuse de chaque lumière monochromatique présente dans la lumière qu elle émet. L œil ne distingue pas les radiations émises mais analyse l ensemble des radiations qui lui parviennent.

7 Remarques : Le spectre d une lampe à incandescence dépend de la température du filament. Une lampe fluo-compact fonctionne par décharge d un arc électrique dans un gaz. Le rayonnement UV produit va faire réagir une poudre fluorescente sur la paroi de l ampoule qui émettra alors de la lumière. Une lampe à vapeur diffuse un spectre de raies. Les raies diffusée sont caractéristique de l élement dans l ampoule (gaz).

8 b. Les sources de lumière colorée. On obtient de la lumière colorée à l aide de source qui diffuse soit une lumière monochromatiques, c està-dire une seule longueur d onde. Exemple Le Laser He-Ne utilisé en classe λ= 632 nm (rouge) Une lumière polychromatique qui diffuse qu'une région du spectre de la lumière blanche Exemples DEL Lampe à vapeur de sodium Lampe + filtres.

9 Remarque : Une lumière polychromatique peut provoquer la même sensation colorée qu une lumière monochromatique. En effet, l œil peut ne pas distinguer par exemple le jaune résultant de la synthèse additive du jaune (écran plat) d une lumière monochromatique (lampe à vapeur de sodium)

10 La couleur d une source de lumière ne nous indique pas toutes ses caractéristiques. Le profil spectral d une lampe nous permet de connaitre son fonctionnement (spectre continu, bande ou raie) L œil n est pas capable d analyser le profil spectral d une source. Il observe la couleur apparente de la source.

11 2. Incandescence et loi de Wien Voir TP 6

12 a. Corps noir et spectre. La couleur de la lumière émise par un corps dense et opaque passe du rouge au blanc quand sa température augmente. Le spectre continu observé s'enrichit progressivement vers le violet. La couleur apparente de l objet correspond au maximum d émission du spectre continu. Elle nous renseigne sur la température de la source: Une dominante rouge correspond à une température d environ 27OO K environ Une dominante jaune correspond à une température voisine de 5500 K. Du bleu correspondra à une température de plus de K

13 b. Loi de Wien Un corps noir est un objet théorique qui absorbe toutes les radiations qu il reçoit et qui émet toutes les longueurs d ondes lorsqu il est chauffé. Son spectre d émission est continu et ne dépend que de sa température. La longueur d onde λ Max à laquelle un corps noir émet un maximum d intensité lumineuse est inversement proportionnelle à sa température T : λ max T = σ Lorsque λ Max est exprimée en mètre et T en Kelvin K, σ = 2, m.k

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15 Applications: Le thermomètre médical sans contact/ la vision IR. En astrophysique, on peut déterminer la température de surface d une étoile en observant son spectre.