Structure de la matière LS1 - Poly

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POLY-PREPAS
Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux
- Sections : L1 Santé / L0 Santé -
Olivier CAUDRELIER
oc.polypr[email protected]

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Partie A : Ondes électromagnétiques -
nature ondulatoire de la lumière
I. Diffraction de la lumière :
Expérience : Diffraction d’une radiation lumineuse par une fente (de même ordre de grandeur que la
longueur d’onde de la radiation)
Figure de diffraction obtenue sur l’écran:
Au passage par une fente étroite, le laser ne se propage plus en ligne droite, le faisceau change de
direction, on assiste donc au phénomène de diffraction : la lumière peut donc être vue comme une
onde.

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Exploitation de l’expérience (non-indispensable…) :
• Ecart angulaire du faisceau diffracté :
de plus, 
or, pour les petits angles :  
Ainsi : 
 d’où :
=
è
Remarques :
• Plus la fente est étroite, plus la diffraction est importante
• Les taches latérales ont une intensité beaucoup plus faibles que le faisceau central ( on les
néglige)
• Les taches latérales sont deux fois plus petites que la tache centrale et sont symétriques par
rapport au centre de la tache centrale
• Si l’ouverture est horizontale, la tache de diffraction est verticale, et vice-versa

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• Diffraction d’un rayon monochromatique par une ouverture circulaire :
• Si le faisceau monochromatique est remplacé par un polychromatique, il s’agit de la
diffraction de la lumière blanche, et la tache centrale apparaîtra blanche irisée de rouge
II. Ondes électromagnétiques :
Définition : fin XIXe, les 4 équations de Maxwell définissent la lumière comme un faisceau d’ondes
électromagnétiques, correspondant à la propagation unifiée d’un champ magnétique  associée à celle
d’un champ électrique  , perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation.
Conséquences :
 Les ondes lumineuses sont donc des ondes progressives sinusoïdales transversales
 Ce sont des ondes électromagnétiques qui se propagent même dans le vide (absence de milieu
matériel)
 Ce ne sont pas des ondes mécaniques (qui nécessitent, elles, un milieu matériel)
 Elles se propagent à la célérité de la lumière : c 
(due à Fresnel en 1821)

Une onde électromagnétique n’est caractérisée que par sa
dans tous les milieux transparents qu’elle traverse
La lumière transporte de l’énergie.
Une onde électromagnétique peut être
- atténuée
dans le vide
« s’éparpille »,
diverge dans l’espace (atténuation en
- absorbée :
interaction avec la matière
- diffusée
: déviation de l’onde dans de multiples directions par interaction
d’autres objets
- diffractée
III.
Dispersion de la lumière blanche
a) La lumière blanche :
La lumière blanche est composée d’une infinité de radiations, toutes de longueurs d’onde différentes
c’est une onde polychromatique.
Le vide et l’air sont des milieux non
fréquence de l’onde
; pour toutes les radiations, on a
m/s
b)
Réfraction de la lumière
→ Milieu transparent :
milieu qui laisse passer la lumière (
Les milieux transparents (autres que le vide et l’air) sont des
caractérisée par telle fréquence f
i
lumière se déplace moins vite que dans le vide
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Une onde électromagnétique n’est caractérisée que par sa
fréquence
: celle
dans tous les milieux transparents qu’elle traverse
La lumière transporte de l’énergie.
Une onde électromagnétique peut être
:
dans le vide
:
le faisceau émis à partir d’une source ponctuelle
diverge dans l’espace (atténuation en
)
interaction avec la matière
: déviation de l’onde dans de multiples directions par interaction
Dispersion de la lumière blanche
:
La lumière blanche est composée d’une infinité de radiations, toutes de longueurs d’onde différentes
Le vide et l’air sont des milieux non
-dispersifs pour la lumière
: la célérité ne dépend donc pas de la
; pour toutes les radiations, on a
:
c(vide) = 299 792 458 m/s et c(air)
Réfraction de la lumière
:
milieu qui laisse passer la lumière (
≠ opaque)
Les milieux transparents (autres que le vide et l’air) sont des
milieux dispersifs
: chaque radiation
i
possède sa propre célérité c
i
. Dans les milieux transparents, la
lumière se déplace moins vite que dans le vide
: c
i
< c
vide
: celle
-ci est constante
le faisceau émis à partir d’une source ponctuelle
: déviation de l’onde dans de multiples directions par interaction
avec
La lumière blanche est composée d’une infinité de radiations, toutes de longueurs d’onde différentes
:
: la célérité ne dépend donc pas de la
c(vide) = 299 792 458 m/s et c(air)
≈ 3.10
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: chaque radiation
. Dans les milieux transparents, la