Chapitre 1 : Ondes et particules Thème : Observer

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Chapitre 1 : Ondes et particules Thème : Observer Dr. Suet Lycée Fresnel Année scolaire 2018-2019

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Outline 1 Les rayonnements dans l univers Les sources de rayonnement Détecteurs d ondes Contraintes d observation 2 Les ondes dans la matière Définitions Les ondes sismiques Les ondes sonores

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Définition Un rayonnement désigne

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Définition Un rayonnement désigne un flux de particules émises par une source. Ce flux transporte

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Définition Un rayonnement désigne un flux de particules émises par une source. Ce flux transporte de l énergie.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Définition Un rayonnement désigne un flux de particules émises par une source. Ce flux transporte de l énergie. Il existe deux types de rayonnements dans l univers :

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Définition Un rayonnement désigne un flux de particules émises par une source. Ce flux transporte de l énergie. Il existe deux types de rayonnements dans l univers : Rayonnement cosmique : des particules (noyaux ou particules élémentaires : protons, électrons, neutrons, neutrinos...) sont émises par des objets célestes.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Définition Un rayonnement désigne un flux de particules émises par une source. Ce flux transporte de l énergie. Il existe deux types de rayonnements dans l univers : Rayonnement cosmique : des particules (noyaux ou particules élémentaires : protons, électrons, neutrons, neutrinos...) sont émises par des objets célestes. Rayonnement électromagnétique :

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Définition Un rayonnement désigne un flux de particules émises par une source. Ce flux transporte de l énergie. Il existe deux types de rayonnements dans l univers : Rayonnement cosmique : des particules (noyaux ou particules élémentaires : protons, électrons, neutrons, neutrinos...) sont émises par des objets célestes. Rayonnement électromagnétique : ce sont des ondes électromagnétiques, au même titre que la lumière, auxquelles on associe une particule sans masse appelée

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Définition Un rayonnement désigne un flux de particules émises par une source. Ce flux transporte de l énergie. Il existe deux types de rayonnements dans l univers : Rayonnement cosmique : des particules (noyaux ou particules élémentaires : protons, électrons, neutrons, neutrinos...) sont émises par des objets célestes. Rayonnement électromagnétique : ce sont des ondes électromagnétiques, au même titre que la lumière, auxquelles on associe une particule sans masse appelée photon.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement. Sources Particules Éruptions solaires noyaux d hélium, protons, électrons Réactions nucléaires neutrons, positrons dans le coeur des étoiles Supernovae neutrinos

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les sources de rayonnement I.Les sources de rayonnement Sources Corps chauffés Nuages de gaz froids, supernova, galaxies Pulsars, naines blanches, étoiles à neutrons Ondes Infrarouge, Visibles, ultraviolet ondes radio Rayons X et

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Détecteurs d ondes II.Détecteurs d ondes

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Détecteurs d ondes II.Détecteurs d ondes Les détecteurs sont des dispositifs munis de capteurs qui convertissent les rayonnements reçus en une grandeur physique mesurable (généralement une tension électrique).

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Détecteurs d ondes II.Détecteurs d ondes Les détecteurs sont des dispositifs munis de capteurs qui convertissent les rayonnements reçus en une grandeur physique mesurable (généralement une tension électrique). On utilisera un détecteur adapté aux rayonnements électromagnétiques ou aux particules à détecter, d autant que chaque type d onde nécessite son propre capteur.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Détecteurs d ondes II.Détecteurs d ondes Les détecteurs sont des dispositifs munis de capteurs qui convertissent les rayonnements reçus en une grandeur physique mesurable (généralement une tension électrique). On utilisera un détecteur adapté aux rayonnements électromagnétiques ou aux particules à détecter, d autant que chaque type d onde nécessite son propre capteur. L œil : capteur de lumière Antenne : capteur d ondes hertziennes Capteur CCD

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Détecteurs d ondes II.Détecteurs d ondes. Propriété Chaque capteur est spécialisé pour une plage de fréquences.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Détecteurs d ondes II.Détecteurs d ondes. Propriété Chaque capteur est spécialisé pour une plage de fréquences. Chambre à brouillard : capteur de particules chargées Compteur Geiger-Muller : capteur de particules ionisantes produites lors de transformations Chambre à fils (inventée par Georges Charpak)

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Contraintes d observation III.Contraintes d observation

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Contraintes d observation III.Contraintes d observation Propriété Lorsqu un capteur détecte une onde ou une particule, cette dernière transmet son énergie à la matière constituant le capteur.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Contraintes d observation III.Contraintes d observation Propriété Lorsqu un capteur détecte une onde ou une particule, cette dernière transmet son énergie à la matière constituant le capteur. Cette interaction entre matière et rayonnement est indispensable à la détection. Mais elle peut aussi l empêcher : pour arriver jusqu à un détecteur terrestre, un rayonnement cosmique doit d abord traverser l atmosphère terrestre.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Contraintes d observation III.Contraintes d observation Propriété Lorsqu un capteur détecte une onde ou une particule, cette dernière transmet son énergie à la matière constituant le capteur. Cette interaction entre matière et rayonnement est indispensable à la détection. Mais elle peut aussi l empêcher : pour arriver jusqu à un détecteur terrestre, un rayonnement cosmique doit d abord traverser l atmosphère terrestre. Or celle-ci n est pas transparente à tous les rayonnements :

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Contraintes d observation III.Contraintes d observation Propriété Lorsqu un capteur détecte une onde ou une particule, cette dernière transmet son énergie à la matière constituant le capteur. Cette interaction entre matière et rayonnement est indispensable à la détection. Mais elle peut aussi l empêcher : pour arriver jusqu à un détecteur terrestre, un rayonnement cosmique doit d abord traverser l atmosphère terrestre. Or celle-ci n est pas transparente à tous les rayonnements : elle peut en absorber, ce qui perturbe l observation.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Contraintes d observation III.Contraintes d observation Propriété Lorsqu un capteur détecte une onde ou une particule, cette dernière transmet son énergie à la matière constituant le capteur. Cette interaction entre matière et rayonnement est indispensable à la détection. Mais elle peut aussi l empêcher : pour arriver jusqu à un détecteur terrestre, un rayonnement cosmique doit d abord traverser l atmosphère terrestre. Or celle-ci n est pas transparente à tous les rayonnements : elle peut en absorber, ce qui perturbe l observation. L atmosphère laisse passer une partie du rayonnement visible émis par le Soleil. En revanche, elle absorbe le rayonnement infrarouge émis par la Terre et en restitue une partie, réchauffant ainsi notre planète.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Contraintes d observation III.Contraintes d observation

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Contraintes d observation III.Contraintes d observation. On parle de fenêtre atmosphérique.

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Définitions IV. Les ondes dans la matière Définition Une onde est la propagation d une déformation sans transport de matière mais avec transport d énergie. Une onde mécanique a besoin d un milieu matériel pour se propager. Une onde électromagnétique peut se propager dans le vide. Lorsque la déformation est perpendiculaire au sens de propagation, l onde est transversale (ex : houle, onde sismique) Lorsque la déformation est parallèle au sens de propagation, l onde est longitudinale (ex : son)

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les ondes sismiques IV. Les ondes dans la matière La magnitude des ondes sismiques est mesurée sur l échelle de Richter. Cette échelle permet d évaluer l énergie libérée par une secousse sismique. Elle caractérise les ondes de volume de type P (onde première de type longitudinal se propageant dans les solides, les liquides et même l atmosphère) et de type S (onde seconde de type transversal se propageant dans les liquides, due aux cisaillements).

Les rayonnements dans l univers Les ondes dans la matière Les ondes sonores IV. Les ondes dans la matière L onde sonore est une onde acoustique qui résulte d une série de compressions-dilatations des couches d air. Le niveau sonore L (en db) d un son d intensité sonore I (en W.m 2 ) est défini par la relation : I L = 10 log où I 0 est l intensité sonore de référence I 0 = 10 12 W.m 2 I 0

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale Chapitre 2 : Caractéristiques des ondes Thème : Observer Pierre-Henry Suet Lycée Fresnel Année scolaire 2018-2019

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale Outline 1 Types d onde et propriétés générales 2 Ondes mécaniques à une dimension 3 Les ondes progressives périodiques 4 Analyse spectrale d un son musical

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 1) Types d ondes

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 1) Types d ondes Définition Il existe deux types d ondes :

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 1) Types d ondes Définition Il existe deux types d ondes : Transversales :

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 1) Types d ondes Définition Il existe deux types d ondes : Transversales : la direction de la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation de l onde. ex : onde le long d une corde, ride sur l eau, onde sismique de cisaillement...

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 1) Types d ondes Définition Il existe deux types d ondes : Transversales : la direction de la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation de l onde. ex : onde le long d une corde, ride sur l eau, onde sismique de cisaillement... Longitudinales :

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 1) Types d ondes Définition Il existe deux types d ondes : Transversales : la direction de la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation de l onde. ex : onde le long d une corde, ride sur l eau, onde sismique de cisaillement... Longitudinales : la perturbation est suivant la direction de propagation de l onde. ex : ressort, son, onde sismique de compression...

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 2) Propriétés générales des ondes Propriétés Les ondes peuvent :

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 2) Propriétés générales des ondes Propriétés Les ondes peuvent : se transmettre de proche en proche dans toutes les directions offertes.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 2) Propriétés générales des ondes Propriétés Les ondes peuvent : se transmettre de proche en proche dans toutes les directions offertes. transférer de l énergie sans transport de matière.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 2) Propriétés générales des ondes Propriétés Les ondes peuvent : se transmettre de proche en proche dans toutes les directions offertes. transférer de l énergie sans transport de matière. se croiser sans se perturber.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale 2) Propriétés générales des ondes Propriétés Les ondes peuvent : se transmettre de proche en proche dans toutes les directions offertes. transférer de l énergie sans transport de matière. se croiser sans se perturber. de plus : la célérité ne dépend que du milieu de propagation.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale II. Ondes mécaniques à une dimension

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale II. Ondes mécaniques à une dimension Définition Comme leur nom l indique bien, elles ne se propagent que dans une direction, comme une onde le long d une corde.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale II. Ondes mécaniques à une dimension Définition Comme leur nom l indique bien, elles ne se propagent que dans une direction, comme une onde le long d une corde. Notion de retard

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale II. Ondes mécaniques à une dimension Définition Comme leur nom l indique bien, elles ne se propagent que dans une direction, comme une onde le long d une corde. Notion de retard t est le retard de l onde, c est-à-dire la durée nécessaire à l onde pour franchir la distance parcourue entre deux points fixés.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale III. Les ondes progressives périodiques 1) Périodicité temporelle T :

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale III. Les ondes progressives périodiques 1) Périodicité temporelle T : Définition Un phénomène est dit périodique lorsqu il se répète identique à lui-même à intervalle de temps régulier.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale III. Les ondes progressives périodiques 1) Périodicité temporelle T : Définition Un phénomène est dit périodique lorsqu il se répète identique à lui-même à intervalle de temps régulier. La durée qui sépare deux événements identiques successif est appelée période T.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale III. Les ondes progressives périodiques 1) Périodicité temporelle T : Définition Un phénomène est dit périodique lorsqu il se répète identique à lui-même à intervalle de temps régulier. La durée qui sépare deux événements identiques successif est appelée période T. On définit également la fréquence comme...

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale III. Les ondes progressives périodiques 1) Périodicité temporelle T : Définition Un phénomène est dit périodique lorsqu il se répète identique à lui-même à intervalle de temps régulier. La durée qui sépare deux événements identiques successif est appelée période T. On définit également la fréquence comme... 2) Périodicité spatiale :

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale III. Les ondes progressives périodiques 1) Périodicité temporelle T : Définition Un phénomène est dit périodique lorsqu il se répète identique à lui-même à intervalle de temps régulier. La durée qui sépare deux événements identiques successif est appelée période T. On définit également la fréquence comme... 2) Périodicité spatiale : Définition La longueur d onde est la distance parcourue par l onde en une période.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale III. Les ondes progressives périodiques 1) Périodicité temporelle T : Définition Un phénomène est dit périodique lorsqu il se répète identique à lui-même à intervalle de temps régulier. La durée qui sépare deux événements identiques successif est appelée période T. On définit également la fréquence comme... 2) Périodicité spatiale : Définition La longueur d onde est la distance parcourue par l onde en une période. = v T = v f

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 1) Décomposition de Fourier.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 1) Décomposition de Fourier. Joseph Fourier (mathématicien et physicien français 1768-1830) a montré que toute fonction périodique de fréquence f, quelle qu elle soit, peut être décomposée en une somme infinie de fonctions sinusoïdales de fréquences f, 2f, 3f etc... Un signal sonore n y fait pas exception.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 1) Décomposition de Fourier. Joseph Fourier (mathématicien et physicien français 1768-1830) a montré que toute fonction périodique de fréquence f, quelle qu elle soit, peut être décomposée en une somme infinie de fonctions sinusoïdales de fréquences f, 2f, 3f etc... Un signal sonore n y fait pas exception. 2) Spectre en fréquence d un signal sonore.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 1) Décomposition de Fourier. Joseph Fourier (mathématicien et physicien français 1768-1830) a montré que toute fonction périodique de fréquence f, quelle qu elle soit, peut être décomposée en une somme infinie de fonctions sinusoïdales de fréquences f, 2f, 3f etc... Un signal sonore n y fait pas exception. 2) Spectre en fréquence d un signal sonore. Définition C est le résultat de la décomposition du son montrant les différentes fréquences contenues dans le son. Il contient :

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 1) Décomposition de Fourier. Joseph Fourier (mathématicien et physicien français 1768-1830) a montré que toute fonction périodique de fréquence f, quelle qu elle soit, peut être décomposée en une somme infinie de fonctions sinusoïdales de fréquences f, 2f, 3f etc... Un signal sonore n y fait pas exception. 2) Spectre en fréquence d un signal sonore. Définition C est le résultat de la décomposition du son montrant les différentes fréquences contenues dans le son. Il contient : le fondamental (ou première harmonique) : il s agit de l onde sinusoïdale de fréquence f.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 1) Décomposition de Fourier. Joseph Fourier (mathématicien et physicien français 1768-1830) a montré que toute fonction périodique de fréquence f, quelle qu elle soit, peut être décomposée en une somme infinie de fonctions sinusoïdales de fréquences f, 2f, 3f etc... Un signal sonore n y fait pas exception. 2) Spectre en fréquence d un signal sonore. Définition C est le résultat de la décomposition du son montrant les différentes fréquences contenues dans le son. Il contient : le fondamental (ou première harmonique) : il s agit de l onde sinusoïdale de fréquence f. les harmoniques de rang n : ondes sinusoïdales de

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale Exemples : Amplitude 0 t(s)

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 3) Hauteur d un son.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 3) Hauteur d un son. Définition La hauteur d un son est la fréquence du son : la hauteur du son est donc d autant plus élevée que le son est aigu.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 3) Hauteur d un son. Définition La hauteur d un son est la fréquence du son : la hauteur du son est donc d autant plus élevée que le son est aigu. 4) Timbre d un son.

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale IV. Analyse spectrale d un son musical 3) Hauteur d un son. Définition La hauteur d un son est la fréquence du son : la hauteur du son est donc d autant plus élevée que le son est aigu. 4) Timbre d un son. Définition Une même note jouée par deux instruments différents ne donne pas la même impression auditive : on dit qu ils ont des timbres différents (leur fréquence fondamentale est la même mais leur signal n a pas la même allure et leur spectre en fréquence présente un nombre de pics diffã c rents avec des amplitudes relatives différentes).

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale Exemples : Diapason La 440

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale Exemples : Flûte La 440

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale Exemples : Clarinette La 440

Types d onde et propriétés générales Ondes mécaniques à une dimension Les ondes progressives périodiques Analyse spectrale Exemples : Trompette La 440

Diffraction Interférences Effet Doppler Chapitre 3 : Propriétés des ondes Thème : Observer Pierre-Henry Suet Lycée Fresnel Année scolaire 2018-2019

Diffraction Interférences Effet Doppler Outline 1 Diffraction 2 Interférences 3 Effet Doppler

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction Qu est-ce qu un rayon lumineux?

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction Qu est-ce qu un rayon lumineux? Est-il possible d isoler un rayon lumineux?

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction Qu est-ce qu un rayon lumineux? Est-il possible d isoler un rayon lumineux? Il suffit de faire passer un faisceau lumineux à travers un trou ou une fente de plus en plus petit!

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction Oui, seulement voilà, quand on passe à l action...

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction lumière rouge lumière blanche

Diffraction Interférences Effet Doppler Conditions d observation

Diffraction Interférences Effet Doppler Conditions d observation Considérons une onde plane. (sa longueur d onde est la distance séparant deux fronts d onde successifs)

Diffraction Interférences Effet Doppler Conditions d observation Considérons une onde plane. (sa longueur d onde est la distance séparant deux fronts d onde successifs) Cette onde plane arrive à l encontre d un obstacle contenant une ouverture :

Diffraction Interférences Effet Doppler Conditions d observation L ouverture est grande devant la longueur d onde

Diffraction Interférences Effet Doppler Conditions d observation L ouverture est grande devant la longueur d onde L onde plane poursuit son chemin comme si de rien n était... Elle reste une onde plane et la longueur est inchangée.

Diffraction Interférences Effet Doppler Conditions d observation L ouverture est du même ordre de grandeur que la longueur d onde

Diffraction Interférences Effet Doppler Conditions d observation L ouverture est du même ordre de grandeur que la longueur d onde L orifice se comporte comme une source ponctuelle... L onde est devenue sphérique et la longueur d onde reste inchangée.

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction Définition Le phénomène de diffraction dépend de la longueur d onde de l onde incidente et de la dimension a de l obstacle (largeur de la fente ou diamètre du trou).

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction Définition Le phénomène de diffraction dépend de la longueur d onde de l onde incidente et de la dimension a de l obstacle (largeur de la fente ou diamètre du trou). Ce phénomène est d autant plus marqué que a est voisin ou inférieur à (dans le cas des ondes lumineuses, le phénomène est encore apparent avec des obstacles 100 fois plus grands).

Diffraction Interférences Effet Doppler 1) Diffraction Définition On définit l écart angulaire : = a : écart angulaire exprimé en radian : longueur d onde en m a : dimension de l ouverture en m

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Où comment "lumière + lumière = obscurité" (ou "bruit + bruit = silence")

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Où comment "lumière + lumière = obscurité" (ou "bruit + bruit = silence") Rien que ça!!

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Imaginons un faisceau laser arrivant sur une fente double de Young : ces deux fentes, par diffraction se comportent comme deux sources ponctuelles de même longueur d onde et en phase.

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Imaginons un faisceau laser arrivant sur une fente double de Young : ces deux fentes, par diffraction se comportent comme deux sources ponctuelles de même longueur d onde et en phase. Zone d interférence : les deux ondes se superposen

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Que se passe-t-il quand deux ondes de même fréquence se superposent?

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Si les ondes sont en phase :

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Si les ondes sont en opposition de phase :

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Si les ondes sont en opposition de phase : Les sommets "s ajoutent" aux creux ) Interférences destructive

Diffraction Interférences Effet Doppler 2) Interférences Fentes d Young

Diffraction Interférences Effet Doppler Interfrange.

Diffraction Interférences Effet Doppler Interfrange. Définition L interfrange est la distance séparant deux franges sombres (ou brillantes) successives.

Diffraction Interférences Effet Doppler Calcul de l interfrange

Diffraction Interférences Effet Doppler Calcul de l interfrange M a S 1 S 2 P O En phase i D

Diffraction Interférences Effet Doppler Calcul de l interfrange M a S 1 S 2 P O En phase i Les rayons lumineux S 1 M et S 2 M arrivent en phase au point M, bien que n ayant pas parcouru les mêmes distances. Cela signifie que la différence de distance est égale à une longueur d onde. D

Diffraction Interférences Effet Doppler Calcul de l interfrange Propriété Il y a interférence constructive si les deux ondes arrivent en phase, c est-à-dire si la différence de marche est un multiple de la longueur d onde : = k Quand les deux ondes arrivent en opposition de phase, il y a interférence destructive donc la différence de marche est un multiple impair de la demi-longueur d onde : = 2k + 1 2

Diffraction Interférences Effet Doppler Calculons la différence de marche :

Diffraction Interférences Effet Doppler Calculons la différence de marche : L angle, très exagéré sur la figure, est en fait très petit. Or, pour les angles petits (exprimés en radian), = sin = tan On peut donc écrire : a = i D D où : (m) (m) (m) i = D a (m)

Diffraction Interférences Effet Doppler 3) Effet Doppler

Diffraction Interférences Effet Doppler 3) Effet Doppler Propriété La célérité d une onde dans un milieu ne dépend pas de la source, mais que du milieu de propagation.

Diffraction Interférences Effet Doppler 3) Effet Doppler Propriété La célérité d une onde dans un milieu ne dépend pas de la source, mais que du milieu de propagation. Ainsi, une source en mouvement peut rattraper l onde qu elle émet!

Diffraction Interférences Effet Doppler 3) Effet Doppler Source immobile

Diffraction Interférences Effet Doppler 3) Effet Doppler Source en mouvement

Diffraction Interférences Effet Doppler 3) Effet Doppler Source à la même vitesse que l onde

Diffraction Interférences Effet Doppler 3) Effet Doppler Source plus rapide que l onde

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Chapitre 4 : Spectroscopie UV, IR et RMN Thème : Observer Pierre-Henry Suet Lycée Fresnel Année scolaire 2018-2019

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Outline 1 Spectre UV-visible 2 Spectre IR 3 Spectre RMN Déplacement chimique Multiplets Courbe d intégration Exemple

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 1) Couleur spectrale.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 1) Couleur spectrale. Définition Une lumière monochromatique du domaine visible est une couleur spectrale : elle ne contient que celle-là. L œil voit donc cette couleur.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 2) Couleur perçue.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 2) Couleur perçue. Définition Lorsqu une lumière est polychromatique, l œil fait lui-même le mélange des couleurs : on parle de couleur perçue.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 2) Couleur perçue. Définition Lorsqu une lumière est polychromatique, l œil fait lui-même le mélange des couleurs : on parle de couleur perçue. Superposées, une lumière rouge et une lumière verte sont perçues jaune par notre cerveau.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 2) Couleur perçue. Définition Lorsqu une lumière est polychromatique, l œil fait lui-même le mélange des couleurs : on parle de couleur perçue. Superposées, une lumière rouge et une lumière verte sont perçues jaune par notre cerveau. Pourtant...

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 2) Couleur perçue. Définition Lorsqu une lumière est polychromatique, l œil fait lui-même le mélange des couleurs : on parle de couleur perçue. Superposées, une lumière rouge et une lumière verte sont perçues jaune par notre cerveau. Pourtant... il n y a pas de jaune!

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 3) Couleur primaire.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 3) Couleur primaire. Définition Les cônes de la rétine sont des cellules sensibles à la couleur. Or, il existe trois types de cônes sensibles au :

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 3) Couleur primaire. Définition Les cônes de la rétine sont des cellules sensibles à la couleur. Or, il existe trois types de cônes sensibles au : bleu rouge vert Ces couleurs sont dites primaires.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 3) Couleur primaire. Définition Les cônes de la rétine sont des cellules sensibles à la couleur. Or, il existe trois types de cônes sensibles au : bleu rouge vert Ces couleurs sont dites primaires. Propriété La superposition des trois couleurs primaires donne du blanc.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 4) Couleur secondaire.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN I. Couleurs 4) Couleur secondaire. Définition La superposition lumineuse de deux couleurs primaire donne une couleur (pour le cerveau) dite secondaire.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN II. Spectres

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN II. Spectres 1) Spectres d émission. Définition La décomposition de la lumière émise par une source lumineuse est appelée spectre d émission.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN II. Spectres 1) Spectres d émission. Définition La décomposition de la lumière émise par une source lumineuse est appelée spectre d émission. Il existe les spectres :

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN II. Spectres 1) Spectres d émission. Définition La décomposition de la lumière émise par une source lumineuse est appelée spectre d émission. Il existe les spectres : de raies

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN II. Spectres 1) Spectres d émission. Définition La décomposition de la lumière émise par une source lumineuse est appelée spectre d émission. Il existe les spectres : de raies continus

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN II. Spectres

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN II. Spectres 2) Spectres d absorption. Définition Après avoir été traversée par une lumière blanche, une substance chimique peut en absorber tout ou partie. La décomposition de la lumière transmise est appelée spectre d absorption.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN III. Interaction onde-matière

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN III. Interaction onde-matière 1) Les atomes et la lumière. Définition Un photon (particule de lumière), peut faire passer un électron d un atome de son niveau fondamental vers un niveau excité en lui transmettant son énergie E = h. Lorsque l électron revient dans son niveau fondamental, il émet à nouveau un (ou plusieurs) photon(s).

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN III. Interaction onde-matière 1) Les atomes et la lumière. Définition Un photon (particule de lumière), peut faire passer un électron d un atome de son niveau fondamental vers un niveau excité en lui transmettant son énergie E = h. Lorsque l électron revient dans son niveau fondamental, il émet à nouveau un (ou plusieurs) photon(s). Propriété Ces énergies correspondent à des photons des domaines UV ou visible.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN III. Interaction onde-matière 2) Les molécules et la lumière. Définition Les molécules de substances colorées, captent des photons lorsqu elles possèdent des liaisons conjuguées.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN III. Interaction onde-matière 2) Les molécules et la lumière. Définition Les molécules de substances colorées, captent des photons lorsqu elles possèdent des liaisons conjuguées. Propriété Les énergies engagées sont souvent dans le visible, mais aussi dans l IR.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN III. Interaction onde-matière Définition Les molécules absorbent également l énergie lumière du domaine IR par vibrations, torsion de leurs liaisons.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN III. Interaction onde-matière Définition Les molécules absorbent également l énergie lumière du domaine IR par vibrations, torsion de leurs liaisons. Propriété De plus, il faut une énergie bien précise et distincte pour chaque mode de vibration. Or, comme une onde électromagnétique transporte une énergie proportionnelle à sa fréquence, la molécule absorbe exactement chaque fréquence correspondant à chaque mode de vibration.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN III. Interaction onde-matière Définition Les molécules absorbent également l énergie lumière du domaine IR par vibrations, torsion de leurs liaisons. Propriété De plus, il faut une énergie bien précise et distincte pour chaque mode de vibration. Or, comme une onde électromagnétique transporte une énergie proportionnelle à sa fréquence, la molécule absorbe exactement chaque fréquence correspondant à chaque mode de vibration. Ces énergies étant plutôt faibles, elles se situent dans l IR.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR Définition Un échantillon est éclairé par une onde électromagnétique monochromatique.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR Définition Un échantillon est éclairé par une onde électromagnétique monochromatique. On mesure soit l absorbance A, soit la transmittance T et tout le spectre est balayé.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR Comment identifier une molécule à l aide d un spectre IR?

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR Comment identifier une molécule à l aide d un spectre IR? Définition Un spectre IR est une courbe représentant la transmittance T (en ordonnée et sans unité) en fonction du nombre d onde exprimé en cm 1.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR Comment identifier une molécule à l aide d un spectre IR? Définition Un spectre IR est une courbe représentant la transmittance T (en ordonnée et sans unité) en fonction du nombre d onde exprimé en cm 1. Qu est-ce que le nombre d onde?

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR Comment identifier une molécule à l aide d un spectre IR? Définition Un spectre IR est une courbe représentant la transmittance T (en ordonnée et sans unité) en fonction du nombre d onde exprimé en cm 1. Propriété Qu est-ce que le nombre d onde? L énergie transportée par une onde électromagnétique s écrit (programme de 1S) :

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR Comment identifier une molécule à l aide d un spectre IR? Définition Un spectre IR est une courbe représentant la transmittance T (en ordonnée et sans unité) en fonction du nombre d onde exprimé en cm 1. Propriété Qu est-ce que le nombre d onde? L énergie transportée par une onde électromagnétique s écrit (programme de 1S) : E = h c = hc

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN IV. Spectres IR Comment identifier une molécule à l aide d un spectre IR? Définition Un spectre IR est une courbe représentant la transmittance T (en ordonnée et sans unité) en fonction du nombre d onde exprimé en cm 1. Propriété Qu est-ce que le nombre d onde? L énergie transportée par une onde électromagnétique s écrit (programme de 1S) : E = h c = hc Cette énergie est inversement proportionnelle à la longueur d onde et proportionnelle au nombre d onde. Donc, plus est grand, plus l énergie est grande.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN VI. C est parti!

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Le pic situé à environ 1650 cm 1 est caractéristique de la liaison C=C et celui de la flèche de gauche (à environ 3100cm 1 ) de la liaison C-H trigonale.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 1) Principe.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 1) Principe. Définition Un noyau d hydrogène (ou proton) se comporte comme un minuscule aimant.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 1) Principe. Définition Un noyau d hydrogène (ou proton) se comporte comme un minuscule aimant. Soumis A un champ magnétique, il peut passer d un niveau d énergie à un autre (comme l électron vu en première S).

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 1) Principe. Définition Un noyau d hydrogène (ou proton) se comporte comme un minuscule aimant. Soumis A un champ magnétique, il peut passer d un niveau d énergie à un autre (comme l électron vu en première S). Définition Le transfert d un proton entre deux niveaux d énergie dû à un champ magnétique s appelle Résonance Magnétique Nucléaire du proton. (RMN)

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Propriété Les électrons (des liaisons de covalence) environnant un proton font écran au champ magnétique : plus un noyau est entouré d électrons, plus sa fréquence de résonance sera faible. C est ce u on appelle le blindage.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Propriété Les électrons (des liaisons de covalence) environnant un proton font écran au champ magnétique : plus un noyau est entouré d électrons, plus sa fréquence de résonance sera faible. C est ce u on appelle le blindage. Une molécule, soumise à un champ magnétique variable, verra ses protons entrer en résonance

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Propriété Les électrons (des liaisons de covalence) environnant un proton font écran au champ magnétique : plus un noyau est entouré d électrons, plus sa fréquence de résonance sera faible. C est ce u on appelle le blindage. Une molécule, soumise à un champ magnétique variable, verra ses protons entrer en résonance (et donc absorber de l énergie)

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Propriété Les électrons (des liaisons de covalence) environnant un proton font écran au champ magnétique : plus un noyau est entouré d électrons, plus sa fréquence de résonance sera faible. C est ce u on appelle le blindage. Une molécule, soumise à un champ magnétique variable, verra ses protons entrer en résonance (et donc absorber de l énergie) pour des fréquences précises.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Propriété Les électrons (des liaisons de covalence) environnant un proton font écran au champ magnétique : plus un noyau est entouré d électrons, plus sa fréquence de résonance sera faible. C est ce u on appelle le blindage. Une molécule, soumise à un champ magnétique variable, verra ses protons entrer en résonance (et donc absorber de l énergie) pour des fréquences précises. Définition Le transfert d un proton entre deux niveaux d énergie dû à un champ magnétique s appelle Résonance Magnétique Nucléaire du proton. (RMN)

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Méthode On mesure donc la fréquence du champ magnétique pour faire résonner les protons et en déduire leur blindage :

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Méthode On mesure donc la fréquence du champ magnétique pour faire résonner les protons et en déduire leur blindage : ce qui permet de trouver la structure d une molécule.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Méthode On mesure donc la fréquence du champ magnétique pour faire résonner les protons et en déduire leur blindage : ce qui permet de trouver la structure d une molécule. Qu appelle-t-on protons équivalents?

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Méthode On mesure donc la fréquence du champ magnétique pour faire résonner les protons et en déduire leur blindage : ce qui permet de trouver la structure d une molécule. Qu appelle-t-on protons équivalents? Définition Deux noyaux sont équivalents s ils ont le même environnement électronique.

Spectre UV-visible Spectre IR Spectre RMN Déplacement chimique I. Déplacement chimique 2) Blindage et protons équivalents. Méthode On mesure donc la fréquence du champ magnétique pour faire résonner les protons et en déduire leur blindage : ce qui permet de trouver la structure d une molécule. Qu appelle-t-on protons équivalents? Définition Deux noyaux sont équivalents s ils ont le même environnement électronique. Des noyaux équivalents résonnent à la même fréquence.