Guide complet sur les ondes électromagnétiques et l'optique

Ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques se propagent sans support matériel. Elles sont constituées d'un champ électrique et d'un champ magnétique perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation.

Caractéristiques des ondes électromagnétiques

• Provoquées par l'accélération des charges électriques.
• Variation périodique de l'état électromagnétique de l'espace.
• Ne nécessitent aucun support matériel pour se propager.
• Les vecteurs des champs électrique (E) et magnétique (B) varient sinusoïdalement.
• Relation : E / B = C.
• La vitesse dépend du milieu de propagation.
• Relations fondamentales : λ = C × T et λ = C / f.

Spectre électromagnétique

Séquence de toutes les ondes électromagnétiques classées selon leur longueur d'onde ou leur fréquence.

Groupes d'ondes

Rayons gamma, rayons X, ultraviolets, visible, infrarouge, micro-ondes, ondes radio (courtes, FM, AM, longues).

Propagation rectiligne

• Rayon de lumière : Ligne perpendiculaire à la surface d'onde déterminant la direction de propagation.
• Ombre : Région non éclairée derrière un corps opaque.
• Pénombre : Région partiellement éclairée autour de l'ombre.

Éclipses

• Éclipse de Soleil : La Lune s'interpose entre le Soleil et la Terre (nouvelle lune).
• Éclipse de Lune : La Terre s'interpose entre le Soleil et la Lune (pleine lune).

Vitesse de propagation

Méthode de Fizeau (1849) : Utilisation d'une roue dentée et d'un miroir distant pour mesurer la vitesse de la lumière. La valeur obtenue est proche de 3,1 × 10⁸ m/s.

Phénomènes ondulatoires

Diffraction

Déviation de l'onde lorsqu'elle rencontre un obstacle ou une ouverture.

Réflexion

Renvoi d'une onde sur une surface séparant deux milieux.

• Lois : Le rayon incident, la normale et le rayon réfléchi sont coplanaires. L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.

Réfraction

Transmission d'une onde dans un second milieu avec changement de direction.

• Loi de Snell-Descartes : n₁ · sin(i) = n₂ · sin(r).

Dispersion et spectre

La dispersion se produit lorsqu'un faisceau lumineux est réfracté dans un milieu composite (prisme), séparant les couleurs. Cela explique la formation de l'arc-en-ciel (primaire et secondaire).

Interférences

Superposition de plusieurs ondes en un point.

• Constructive : Amplitude résultante augmentée (différence de marche Δr = nλ).
• Destructive : Amplitude résultante diminuée ou nulle (Δr = (2n+1)λ/2).

Expérience de Young

Utilisation de deux fentes pour créer une figure d'interférence (franges brillantes et sombres) démontrant la nature ondulatoire de la lumière.