avoir la présentation du chapitre 4

ATOME ET SPECTRE
ÉLECTROMAGNÉTIQUE




Décrire la structure de la matière
Décrire le rôle des interactions
Décrire la nature et le comportement de
la lumière
Décrire l’interaction entre la lumière et
la matière
Structure de l’atome

Toute la matière est:




Solide
Liquide
Gaz
À toutes les échelles:



Galaxie
Planète
cellule
Structure de l’atome

… et composée des mêmes particules
élémentaires:






Électron
Proton
Neutron
Électron
Proton
Neutron
9.109 x 10-28 g
1.673 x 10-24 g
1.675 x 10-24 g
charge négative
charge positive
aucune charge
Structure de l’atome

Particules de base :





Quarks
Leptons
Hadrons
Etc
Molécules: combinaisons d’atomes
nouvelles propriétés
physiques & chimiques
Atome de Bohr
normalement
np = n e neutre
Structure de base d’un atome
1.
NOYAU :


2.
ÉLECTRONS :


3.
protons & neutrons
Rn = 10-15 m
orbitales
Ratome = 10-10 m
Mp/Me- = 1840
Structure de base d’un atome


R(noyau) / R(atome) = 10-5
Densité (noyau) / densité (atome) = 1015
volume de l’atome est surtout du vide

densité nucléaire = 1015 x densité de la
matière ordinaire
Terre (densité atomique)
200 m diamètre
Tableau périodique des éléments
Tableau périodique des éléments

Il existe 92 sortes différentes d’atome dans
la nature

92 éléments naturels : noyaux stables (> 109 ans)
+


des éléments fabriqués en labo : (vie = qques jours)
Les neutrons assurent la stabilité du noyau
Tableau périodique des éléments



Nombre de neutrons (vs protons) varie
d’un élément à l’autre
On peut même avoir 2 noyaux du
même élément avec un nombre
différent de neutrons (isotopes)
ex.: Uranium (141 -> 148 neutrons)
Particules fondamentales


Particules fondamentales de l’atome :
protons, neutrons & électrons
À partir des années 40, on a construit
des accélérateurs permettant de briser
ces particules fondamentales en
particules encore plus fondamentales
Particules fondamentales

PROCESSUS : à l’aide de champs
magnétiques et électriques, on accélère
et focalise des faisceaux de particules à
des énergies de plus en plus grandes
pour ensuite sortir le faisceau de
l’accélérateur et lui faire frapper une
cible
Particules fondamentales


Résultat : désintégrations des protons,
neutrons & électrons en particules plus
fondamentales
2 familles:


Leptons – poids plumes (neutrino, muon …)
Hadrons – poids lourds (protons, mésons …)
Forces fondamentales
(interactions) de l’Univers
L’Univers est un laboratoire où les
conditions physiques atteignent des
valeurs extrêmes
Ex.: meilleur vide en labo sur Terre est
1012x plus dense que le milieu
intergalactique

* à neutrons 1013x plus dense que le
matériau le plus dense sur Terre

Forces fondamentales
(interactions) de l’Univers

Températures extrêmes:



106 K -> Soleil
2.7 K -> rayonnement cosmique
Dans toutes ces conditions extrêmes,
les mêmes lois de la physique
s’appliquent (certaines forces étant plus
importantes dans certaines conditions
que dans d’autres)
Forces fondamentales
(interactions) de l’Univers
1.
2.
3.
Force gravitationnelle
Force électromagnétique
Forces nucléaires
Interaction gravitationnelle

Force de gravitation : force attractive
dont l’intensité décroît comme le carré
de la distance
Interaction gravitationnelle
Distance
2x
3x
4x
5x
10x
40x
Force
¼
1/9
1/16
1/25
1/100
1/1600
Objet
Jupiter (~5 UA)
Saturne (~10 UA)
Pluton (~40 UA)
Interaction gravitationnelle
1.
Étoiles : équilibre entre


2.
Galaxies spirales: équilibre entre


3.
Force gravitationnelle &
Pression de radiation
Force gravitationnelle &
Rotation
Univers: expansion ou contraction
force gravitationnelle
Interaction électromagnétique

Force électromagnétique: force
attractive ou répulsive (dépendant des
charges électriques) qui varie comme le
carré de la distance
Interaction électromagnétique


Force électromagnétique gouverne le mouvement
des e- autour du noyau
Assure la cohésion des liens entre les atomes à
l’intérieur des:




Molécules
Cristaux
Cellules
Force électromagnétique
lumière
(visible, radio, RX…)
Interaction nucléaire


Force nucléaire forte : assure la
stabilité du noyau atomique
Force nucléaire faible : régit la
désintégration radioactive
Forces fondamentales
Force
Intensité
Gravitation
1
Nucléaire faible
1026
Électromagnétique 7x1036
Nucléaire forte
1039
Domaine d’action
longue portée
dimension du noyau
longue portée
dimension du noyau
Théorie d’unification des forces
-> en développement
Ex.: force de répulsion électrique entre
2 e- / d = 5m.
Force gravitationnelle entre Terre & 1eEx.: Arracher 1 e- à l’attraction du noyau
10 000 x plus d’énergie
Arracher 1 e- à l’attraction grav. De la terre
Spectre électromagnétique

Une onde électromagnétique est
caractérisée par 2 quantités:
l : longueur d’onde
 n : fréquence

Spectre électromagnétique
Spectre électromagnétique



l . n = c où c = vitesse de la lumière
matière
atomes
particules chargés
électriquement
mouvement des charges (accélération)
radiation d’une onde électromagnétique
Niveaux d’énergie



Électrons dans l’atome sont sur des
niveaux (orbites)
Si e- passe d’un niveau supérieur à un
niveau inférieur
émission d’énergie E
Si e- passe d’un niveau inférieur à un
niveau supérieur
absorption d’énergie E
Niveaux d’énergie
Niveaux d’énergie




E associée à l et n de l’onde électromagnétique
E : énergie
H : constante de Planck
C: vitesse de la lumière
Niveaux d’énergie
Plus l grand, plus E petit
p.e. atome d’hydrogène
-> saut niveau 2 -> 1
E2,1 = 10,19 eV
-> émission d’un photon La l = 121,6 nm (UV)
-> saut niveau 3 -> 2
E3,2 = 1 eV
-> émission d’un photon Ha l = 656,3 nm (R)
Spectre électromagnétique
Spectre électromagnétique
Spectre électromagnétique
Spectre électromagnétique