La lumière blanche et les lumières colorées ont des propriétés communes et des caractéristiques spécifiques, porteuses de renseignements sur leur source.
I La lumière blanche
À noter
Dans tout milieu homogène et transparent, la lumière se propage en ligne droite. Dans le vide ou dans l'air, sa vitesse de propagation est c = .
Un prisme permet de décomposer la lumière émise par une source et d'obtenir son spectre.
Le spectre de la lumière blanche est continu. Cette lumière est composée d'une infinité de couleurs ; on dit qu'elle est polychromatique. La lumière du Soleil est une lumière blanche.
Chaque couleur du spectre est associée à une radiation caractérisée dans le vide par sa longueur d'onde notée λ et exprimée en nanomètres .
Le spectre de la lumière visible s'étend du violet au rouge. Au-delà du rouge se trouvent les infrarouges et en deçà du violet se trouvent les ultraviolets.
II Différents spectres d'émission
Tout corps chaud (solide, liquide ou gaz) sous haute pression émet une lumière dont le spectre est continu. Lorsque la température du corps augmente, sa couleur passe du rouge au blanc et le spectre de sa lumière s'enrichit vers le violet.
Un gaz (à basse pression) chauffé ou soumis à une décharge électrique émet une lumière dont le spectre est discontinu. Les raies observées sont caractéristiques des entités chimiques présentes dans le gaz.
Exemple : Le spectre de raies de l'hydrogène comporte les raies suivantes : 410 nm ; 434 nm ; 486 nm et 656 nm.
Méthode
1 Calculer une durée de propagation de la lumière dans le vide
Le Soleil et la Terre sont éloignés d'environ 150 millions de kilomètres.
Calculer la durée mise par la lumière pour nous parvenir du Soleil.
Conseils
Soyez attentif aux unités. La vitesse c s'exprime en m · s−1, donc la distance doit être exprimée en mètres pour que la durée soit exprimée en secondes.
On a : 1 000 000 km = 1 × 106 km = 1 × 109 m.
La vitesse de propagation est le quotient de la distance d parcourue par la durée de parcours Δt. La durée peut donc être déterminée en connaissant la vitesse et la distance.
Solution
Par définition de la vitesse de la lumière : c = donc Δt = .
c = 3,00 × 108 m · s−1 et d = 150 × 109 m
donc Δt = = 5,00 × 102 = 500 s.
La lumière du Soleil met environ 500 s soit = 8,3 min pour nous parvenir.
2 Analyser la lumière d'un laser
Voici le spectre de la lumière d'un laser.
a. Quelle est la nature de ce spectre ?
b. Pourquoi parle-t-on de lumière monochromatique ?
Conseils
Chaque couleur du spectre est associée à une radiation caractérisée par une longueur d'onde λ.
Solution
Mots clés
• Le spectre d'une lumière monochromatique est constitué d'une seule raie.
• Toute lumière qui n'est pas monochromatique est une lumière polychromatique, son spectre est soit un spectre continu, soit un spectre constitué de plusieurs raies.
a. C'est un spectre de raies montrant une seule raie rouge.
b. Le laser produit une lumière monochromatique, caractérisée par une seule longueur d'onde λ car elle ne possède qu'une seule couleur sur son spectre.