La lumière du Soleil met environ 8 minutes à nous parvenir, et sa décomposition révèle un arc-en-ciel de couleurs. Analyser la lumière émise par une source, c’est obtenir des informations sur sa température ou sur sa composition chimique.
Objectifs
- Connaître la vitesse de la lumière et l’utiliser
- Distinguer lumière blanche et lumière colorée (monochromatique ou polychromatique)
- Associer une couleur à une longueur d’onde dans le vide
- Distinguer spectre continu d’origine thermique et spectre de raies
1. Propagation de la lumière
- Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite. On modélise son trajet par des rayons lumineux.
- La lumière se propage aussi dans le vide (contrairement au son).
c = 299 792 458 m·s−1 ≈ 3,00 × 108 m·s−1
Durée du trajet Soleil–Terre
- d ≈ 1,50 × 1011 m
- Δt = d / c = 1,50 × 1011 / 3,00 × 108 = 500 s
Δt ≈ 500 s, soit environ 8 min 20 s.
2. Lumière blanche, lumière colorée
Un prisme ou un réseau décompose la lumière : on obtient son spectre. La lumière blanche donne un spectre continu, du violet au rouge : elle est polychromatique (composée de plusieurs radiations).
Radiation monochromatique : Lumière d’une seule couleur, qui ne peut pas être décomposée. Elle est caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide λ (lambda), en mètres ou en nanomètres (1 nm = 10−9 m). Exemple : la lumière d’un laser.
| Domaine | Longueur d’onde dans le vide |
|---|---|
| Ultraviolet (invisible) | λ < 400 nm |
| Visible : du violet au rouge | environ 400 nm à 800 nm |
| Infrarouge (invisible) | λ > 800 nm |
3. Spectres continus d’origine thermique
Un corps chaud et dense (filament de lampe, braise, étoile) émet une lumière dont le spectre est continu.
- Plus la température du corps est élevée, plus son spectre s’enrichit vers le violet (courtes longueurs d’onde).
- Un corps peu chaud apparaît rouge ; très chaud, il apparaît blanc, voire bleuté.
Exemple
Une étoile bleutée est plus chaude qu’une étoile rougeâtre : la couleur d’une étoile renseigne sur sa température de surface.
4. Spectres de raies
Un gaz à faible pression, excité (par une décharge électrique ou par chauffage), émet une lumière dont le spectre est constitué de raies colorées sur fond noir : c’est un spectre de raies d’émission.
À retenir
- La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène, et dans le vide à c ≈ 3,00 × 108 m·s−1.
- Radiation monochromatique : une longueur d’onde λ ; lumière blanche : polychromatique.
- Visible : environ 400 nm (violet) à 800 nm (rouge).
- Spectre continu : corps chaud et dense ; plus il est chaud, plus il s’enrichit vers le violet.
- Spectre de raies : gaz excité ; raies caractéristiques de l’élément.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.