Cours - Fabrice CAPBERT
publicité
Lycée Joliot Curie à 7 PHYSIQUE - Chapitre I Classe de Ter S Thème : Observer Cours n°1 « Ondes et particules, des supports d'information » Introduction : L'espace est baigné dans un océan de particules et d'ondes électromagnétiques balayant une large plage de fréquence. Quelles sources produisent ces rayonnements et comment les détecte-t-on ? Quel autre type d'ondes rencontre-t-on dans l'Univers ? I les rayonnements dans l’univers : 1- Définition d'un rayonnement Le soleil est la principale source de rayonnement du système solaire. Qu'est-ce qu'un rayonnement? Quelles en sont les différentes sources? Comment les détecter? Un rayonnement est un transfert d'énergie qui peut s'effectuer sous 2 formes: - les ……………………………………………………………………. (combinaison d'un champ électrique et magnétique qui se propage) - les ……………………………… (neutrons, protons, noyaux d'hélium ...) Remarque: un photon est à la fois une …………………………………………………………… . Cependant il n'a pas de ………………….., il transporte uniquement de l'…………………………. Dans le vide, une onde électromagnétique (OEM) se déplace avec une célérité c = 3,00x10 8 m.s-1. La relation entre la longueur d'onde dans le vide, la célérité de la lumière dans le vide, la fréquence rayonnement et sa période de vibration de l'OEM est: 2- les différents types de rayonnement a- Rayonnements électromagnétiques : On distingue plusieurs types d'OEM en fonction de leur fréquence ou longueur d'onde dans le vide. Par classement croissant de fréquence et donc d'énergie on a : - les ondes radio - les micro-ondes - …………………………………… - ………………………………………………………… - les ………………………………… - les …………………………… - les rayons gamma ( ………) Chapitre I: Ondes et particules, des supports d'information Rappel: une onde électromagnétique est caractérisée par: - sa longueur d'onde ……………………………dans le vide dont l'unité est le mètre (……………) - sa fréquence notée ……………………, qui ne dépend pas du milieu de propagation, dont l'unité est l'Hertz (………). La période de vibration T (…………………) du rayonnement est égale à l'…………………… de sa fréquence : . . 1 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… D'ou proviennent les rayonnements et comment les détecter? Tableau donnant le type et la source de rayonnement reçu sur Terre types de rayonnement rayon gamma rayons X ultra-violet, visibles, infrarouges micro-ondes ondes radio particules chargées comme les muons particules alpha béta sources de rayonnement pulsars (étoile en fin de vie) réactions nucléaires au sein des étoiles étoiles à neutrons, naines blanches étoiles chaudes gaz froids, nuages de poussières du milieu interstellaire nuages de gaz froids, supernovae, galaxies, big bang désintégration de particules (les pions) dans la haute atmosphère terrestre désintégration de noyaux radioactifs détecteurs compteur Geiger, plaque photographique plaque photographique ultra-violet: le télescope (EIT de SoHO par exemple) visibles: œil, capteur CCD dans les appareils photos infrarouges: pyromètre, bolomètre radar, antenne de télévision antenne radio chambre à brouillard compteur Geiger, (animation sur le compteur Geiger) De nombreuses particules (protons, électrons, neutrons, noyau d'hélium...) circulent dans le vide interstellaire : elles constituent …………………………………………………………………………………. Leur origine est encore mal connue. Les physiciens pensent que ces rayonnements proviennent de l'explosion d'étoiles très massives en fin de vie (…………………………………). Le Soleil émet lui-même des particules : en effet, les collisions qui ont lieu dans son atmosphère, à très haute température, sont si violentes qu'elles provoquent la dislocation des atomes d'hydrogène en protons et électrons. Ce sont les …………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Une grande partie de ces particules sont arrêtées par le champ magnétique ……………………………. II Ondes dans la matière : Contrairement aux ondes électromagnétiques qui peuvent se propager dans le vide, certaines ondes se propagent uniquement dans la matière : ce sont des ondes ………………………………………. Lors de sa propagation, elle peut avoir des effets importants sur le milieu dans lequel elle se propage, du fait qu'elle transporte de l'énergie. (………………………………) ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Chapitre I: Ondes et particules, des supports d'information b- Rayonnements de particules : De nombreuses particules (noyaux d'hélium, protons, neutrons) se déplacent dans le vide interstellaire. On les appelle les …………………………………………. Elles constituent ce qu'on appelle le rayonnement ………………………………. 2 II- Détecteurs : Comme nous venons de le constater, il existe deux grands types d'ondes, les ondes ………………………………………… et les ondes ……………………………………… mais également les rayonnements de particules. Evidemment, les détecteurs de ces ondes et rayonnements seront bien adaptés à chacun d'entre eux. 1- Détecteurs d'ondes : Une onde …………………………………… modifie temporairement et localement une ou des propriétés du milieu dans lequel elle se propage : vitesse, pression, position... Ainsi, pour détecter une telle onde, le capteur doit être sensible à cette propriété, la mesurer pour ensuite la transformer en une grandeur facilement exploitable (bien souvent une grandeur électrique) Exemple : …………………………………………………………………………………………………………………………………… La détection d'une onde …………………………………………………… nécessite avant tout un capteur sensible au rayonnement : la plupart des détecteurs artificiels mettent en œuvre l'effet photoélectrique : ils sont constitués de matériaux qui ont la propriété de libérer des électrons (et produisent donc un courant électrique) lorsqu'ils sont soumis à un rayonnement. Chaque détecteur de rayonnement possède une sensibilité spectrale, c'est à dire un domaine du spectre électromagnétique sur lequel son utilisation sera optimale. Du fait de l'absorption d'une grande partie de ces rayonnements par l'atmosphère terrestre, il est nécessaire d'envoyer les détecteurs ……………………………………………………………………. 2- Détecteurs de particules : Chapitre I: Ondes et particules, des supports d'information Il existe différents types de détecteurs de particules : par exemple le compteur ………………………… qui permet de détecter les particules émises lors de désintégrations radioactives (vu en Première S), les détecteurs de particules au sol qui détectent les particules issues de l'interaction du rayonnement cosmique avec l'atmosphère terrestre, les détecteurs de particules du CERN qui permettent d'analyser les jets de particules émises lors de collisions dans les accélérateurs. 3
