L'onde lumineuse

• prérequis
• modélisations
• caractéristiques
• onde électromagnétique
• modifications
• transmission, absorption, diffusion
• principe de retour inverse

Prérequis

• ondes,
• interférences,
• champ électrique,
• champ magnétique

Modélisations

1. rayons lumineux (optique géométrique)
2. onde lumineuse = onde électromagnétique = onde progressive, longueur d'onde λ, fréquence ν (ou f), célérité \( \class{formule}{ \class{symbol}{c} = 3 . 10^8 m/s (vide) = \dfrac{1}{\sqrt{μ_0 . ε_0}} }\)
3. corpuscules (photons) d'énergie E = h . ν (h = 6,63 . 10^-34 J.s = 4,14 . 10^-15 eV.s = cste de Planck)

Caractéristiques

Couleur : dépend de la fréquence. Lumière blanche = superposition de toutes les fréquences.

Vitesse v dépend du milieu : \( \class{formule}{ n = \dfrac{c}{v} }\) ; c = 3 . 10⁸ m/s (vide), n = indice de réfraction (voir réfraction)
Cette vitesse est la même pour toutes les fréquences (couleurs) dans le vide ou dans l'air. Dans d'autres milieux, la vitesse du rouge est plus grande que celle du violet. (Truc mnémotechnique: le Rouge est Rapide)
c, célérité de la lumière et de toute onde électromagnétique, est aussi est la vitesse maximum d'un objet ou d'une information.

Longueur d'onde λ dépend du milieu : \( \class{formule}{ λ = v . T }\)

Onde électromagnétique

La lumière est la partie du spectre électromagnétique visible par l'oeil humain.

C'est la propagation de l'oscillation harmonique du champ électrique et du champ magnétique.
C'est une onde transversale (£E et £B perpendiculaires à la direction de propagation) :

On l'appelle souvent onde lumineuse.

Modifications

Comme toute onde, elle peut subir :

transmission directe, absorption, diffusion, réflexion, réfraction, interférences (réseau, trou), polarisation

La réfraction a lieu lors d'un changement de milieu.
Ce changement de milieu

• ne change pas la fréquence
• mais change la vitesse ( \( \class{formule}{ n = \dfrac{c}{v} }\) )
• et donc aussi la longueur d'onde.

Transmission directe - absorption - diffusion

Transmission directe : en ligne droite.

Transmittance \( \class{formule}{ \class{symbol}{T} = \dfrac{I}{I_0} }\) (I = intensité de l'onde lumineuse)
Absorbance \( \class{formule}{ \class{symbol}{A} = - log T }\)

loi de Beert-Lambert : A = ε . C . d

Diffusion = transmission diffuse : dans toutes les directions. Chaque corpuscule atteint par l'onde se comporte comme un émetteur.
Pouvoir diffusant P.D. = flux lumineux diffusé / flux lumineux incident

• Pour des corpuscules de dimensions de l'ordre de grandeur de λ, P.D. fonction croissante de la fréquence (= effet Tyndall). ex. molécules d'air : P.D. proportionnel à \( \class{formule}{ \dfrac{1}{λ^4} }\)
• Pour des corpuscules plus grands, P.D. indépendant de la fréquence.

Principe de retour inverse

La trajectoire suivie par la lumière ne dépend pas du sens de propagation.