Word 2007

Chapitre 4 : Rayonnements et particules
1. Définitions
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.
1.1. 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) ( =
-
Sa longueur d'onde λ (en m) qui correspond à la distance parcourue par l’onde pendant la durée T :
1
, en Hz), si elle est périodique ;
T
v  vitesse de propagation de l'onde (en m.s -1 )
T  période de l'onde (en s)
 = v T = vν
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 = 299 792 458 m.s–1.
On a alors :
c  célérité de la lumière dans le vide (en m.s -1 )
T  période de l'onde (en s)
 = c  T = cν
ν  fréquence de l'onde (en Hz)
1.2. Les particules
Particule
Masse (kg)
Source
Proton
-27
1,6726  10
Radioactivité (désintégration –)
Neutron
1,6749  10-27
Radioactivité (désintégration +)
Électron
9,1094  10-31
Radioactivité (désintégration –)
Noyau d’hélium
6,645.10–27 kg
Radioactivité (désintégration )
Photon
0 (théorique)
< 10−54 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. 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
Les ondes radio
Les micro-ondes
Les rayonnements IR
Le domaine visible
Les rayonnements UV
Les rayons X
Les rayons 
Domaine de fréquences
10 kHz  300 MHz
300 MHz  300 GHz
300 GHz  3,75.1014 Hz
3,75.1014 Hz  7,5.1014 Hz
7,5.1014 Hz  1016 Hz
3.1016 Hz  3.1019 Hz
> 3.1019 Hz
Domaine de longueur d’onde
100 km  10 m
1 m  1 mm
1 mm  800 nm
800 nm  400 nm
400 nm  300 nm
0,01 nm  10 nm
< 10–11 m
Énergie (eV)
1 keV  100 GeV
Source : Criirem (Classement des ondes)
Spectre des ondes électromagnétiques :
Sources de rayonnements dans l’Univers et détecteurs :
Types de rayonnement
Sources de rayonnement
Détecteurs
Ondes
Ondes radio
Micro-ondes
UV, visibles, IR
Rayons X
Rayons 
Nuages de gaz froids, supernovas,
galaxies, big bang
Gaz froids, nuages de poussières du
milieu interstellaire
Étoiles chaudes
Étoiles à neutrons, naines blanches
Pulsars (étoile en fin de vie)
Réactions nucléaires (cœur des étoiles)
Antenne radio
Radar, antenne de télévision
UV : le télescope (EIT de SoHO par ex).
Visible : œil, capteur CCD
IR : pyromètre, bolomètre
Plaque photographique
Compteur Geiger
Plaque photographique
Particules
Particules alpha ou béta
Particules chargées (les muons,...)
Désintégration de noyaux radioactifs
(radioactivité)
Désintégration de particules (pions)
dans la haute atmosphère terrestre
Compteur Geiger-Muller
Chambre à brouillard
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).
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)
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
-
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)
Oui
Non