rayonnement - energie-environnement
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RAYONNEMENT partie 1 Université Pierre et Marie Curie Michel Dudeck NSE09 – 4 novembre 2012 RAYONNEMENT rr r r E = E0 cos(ω.t − k .r + ϕ ) Amplitude ω (t + T ) = ω t => ω.T = 2π 2π ω= = 2π . f T Pulsation (s-1) ω = 2π f Fréquence f ou ν (Hz, s-1) Vecteur d’onde (m-1) k = 2π Phase à l’origine k ( x + λ ) = k .x => k .λ = 2π λ Longueur d’onde λ (nm = 10-9m, Å) Vitesse de propagation (m.s-1) v= ω k Vitesse de propagation de la lumière dans le vide c = 299 792,458 km.s-1 ~ 300 000 km.s-1 Eclipse de Jupiter en 1676 - Définition du m : distance parcourue par la lumière en 1/299 792 458s Lune - Terre : 384 440 km Soleil - Terre : 149 597 870 km => 8mn 19,005s Etoile Proxima Centauri (V645 Centauri) –Terre : 39 734 100 000 000 km => 4,2420 A.L. Galaxie Andromède (M31-NGC) – Terre => 2,55 millions d’A.L. => RAYONNEMENT rr r r E = E0 cos(ω.t − k .r + ϕ ) ω = 2π f k = 2π v= λ Propagation de la lumière à la vitesse c dans le vide : v=c= La pulsation et la fréquence s’expriment en fonction de la longueur d’onde : ω= ω k 2π c λ = ω k ω λ 2π f (ou ν ) = ω c = 2π λ Unités employées pour la longueur d’onde : m, mm, nanomètre (10-9 m), micromètre (10-6 m), picomètre (10-12 m), Angstrom ( 1 Å = 10-10 m) Période T : T= 2π ω = 2πλ 2πc T= λ c Un photon – sans masse – transporte une énergie E(J) : E = h .ν Constante de Planck : h = 6,62606957.10-34 J.s Energie E inversement proportionnelle à la longueur d’onde Concept A. Einstein 1905-1917, Découverte : Arthur Compton 1923 Photon = quanta de lumière GAMME DE LONGUEUR D’ONDE Gamma X | 10pm UV | 10nm Visible | 400nm VUV A: 315-400nm VUV B: 280-315nm VUV C: 160-280nm IR | 800nm radio | 1mm IR proche A: 0,7-1,4 μm IR moyen B: 3-50 μm IR lointain C: 50μ-1mm m km RAYONNEMENT UV Rayonnement non visible à l’œil nu – lumière dite « noire » UV A: 315-400nm ( 95% du rayonnement, ex : piègeage d’insectes, 280-400 imagerie médicale) UV B: 280-315nm (ex : 230-365 lecture des codes-barres) UV C: 160-280nm (nocifs mais filtrés par la couche d’ozone, 240-280 : désinfection) VUV pour Vacuum Ultra violet : 100-200nm UV A 5% de l’énergie solaire totale est dans la gamme de l’UV UV B ATMOSPHERE TERRESTRE UVC : absorbé par la couche d’ozone UVB : absorbés partiellement par la couche d’ozone UVA : traverse la couche d’ozone absorption et diffusion moléculaire, réflexion au sol EFFETS SUR LA SANTE Effets positifs : Couche d’ozone Absorption moléculaire => dissociation de O2 UV C Réflexion sol Facteur albedo (0,1) neige 0,85,0,9 Diffusion moléculaire (faible longueurs d’onde) - en faible quantité, nécessaire pour la synthèse de vitamine D - traiter plusieurs maladies, rachitisme, eczéma Effets négatifs : - expositions prolongées au soleil ou rayonnements artificiels (lampes,dispositifs industriels), cancers cutanés, oculaires, vieillissement prématuré peau, cataractes mais production de mélanine pigment protecteur de la peau LAMPES - Fluorescentes – rayonnement UV émis par le gaz absorbé par la surface de la lampe et réémis dans le visible - Hallogènes – rayonnement UV mais lampe avec verre de protection RAYONNEMENT VISIBLE Rayonnement visible à l’œil nu – couleurs UV A: 315-400nm ( 95% du rayonnement, ex : piègeage d’insectes, 280-400 imagerie médicale) UV B: 280-315nm (ex : 230-365 lecture des codes-barres) UV C: 160-280nm (nocifs mais filtrés par la couche d’ozone, 240-280 : désinfection) VUV pour Vacuum Ultra violet : 100-200nm 5% de l’énergie solaire totale est dans la gamme de l’UV ATMOSPHERE TERRESTRE UVC : absorbé par la couche d’ozone UVB : absorbés partiellement par la couche d’ozone UVA : traverse la couche d’ozone absorption et diffusion moléculaire, réflexion au sol EFFETS SUR LA SANTE Effets positifs : - en faible quantité, nécessaire pour la synthèse de vitamine D - traiter plusieurs maladies, rachitisme, eczéma Effets négatifs : - expositions prolongées au soleil ou rayonnements artificiels (lampes,dispositifs industriels), cancers cutanés, oculaires, vieillissement prématuré peau, cataractes mais production de mélanine pigment protecteur de la peau LAMPES - Fluorescentes – rayonnement UV émis par le gaz absorbé par la surface de la lampe et réémis dans le visible - Hallogènes – rayonnement UV mais lampe avec verre de protection RAYONNEMENT INFRA-ROUGE Rayonnement non visible à l’œil nu – chaleur IR proche A: 0,7-1,4 μm IR moyen B: 3-50 μm IR lointain C: 50μm-1mm Diffusion par l’atmospère par : nuages, gaz, poussières ATMOSPHERE TERRESTRE 50% du rayonnement solaire arrivant à la surface de la Terre est dans la gamme de l’IR de 800 à 3200 nm IR vers espace IR Réémission par sol APPLICATIONS Thermographie infra-rouge (vision nocturne, médecine, guidage militaire Absorption par sol Détecteur de présence, télécommande, photographie Spectroscopie moléculaire IR – vibration des molécules Effet de serre RAYONNEMENT RADIO Transmissions radio Exemples : EHF 1cm-1 mm 30-300 GHz millimétrique radio amateurs, radars anticollisions voitures HF 100m-10m 3MHz- 30MHz ondes courtes- décamétriques applications militaires, radio LF 10km-1km 30kHz-300kHz grandes ondes radio navigation SLF 103 km-1km sous-marins
