Spectre électromagnétique - Définition

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Introduction

Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en termes de fréquence (ou période), d'énergie des photons ou encore de longueur d’onde associée, les quatre grandeurs ν (fréquence), T (période), E (énergie) et λ (longueur d’onde) étant liées deux à deux par :

selon les formules :

  • E = h\ \nu = h / T\, pour l’énergie transportée par le photon,
  • c = \lambda\ \nu = \lambda / T\, pour le déplacement dans le vide (relativiste dans tous les référentiels) du photon,

d’où aussi :

  • E = h\ c / \lambda\ .

Histoire

Le terme spectre fut employé pour la première fois en 1666 par Isaac Newton pour se référer au phénomène par lequel un prisme de verre peut séparer les couleurs contenues dans la lumière du Soleil.

Spectre lumineux

Domaines du spectre électromagnétique en fonction de la longueur d'onde, de la fréquence ou de l'énergie des photons

La lumière blanche peut se décomposer en arc-en-ciel à l'aide d'un prisme ou d'un réseau de diffraction. Chaque « couleur spectrale » de cette décomposition correspond à une longueur d’onde précise ; cependant, la physiologie de la perception des couleurs fait qu'une couleur vue ne correspond pas nécessairement à une radiation de longueur d’onde unique mais peut être une superposition de radiations monochromatiques. La spectrométrie étudie les procédés de décomposition, d’observation et de mesure des radiations en ondes monochromatiques.

Les photons de lumière visible les plus énergétiques (violet) sont à 3  eV. Les rayons X couvrent la gamme 100  eV à 100  keV. Les rayons γ sont au-delà de 100  keV. Des photons γ de plus de 100  MeV (100 000 000  eV) émis par un quasar ont été détectés.

Unités de mesures

Pour les ondes radio et la lumière, on utilise habituellement la longueur d'onde. À partir des rayons X, les longueurs d'ondes sont rarement utilisées : comme on a affaire à des particules très énergétiques, l'énergie correspondant au photon X ou γ détecté est plus utile. Cette énergie est exprimée en électron-volt (eV), soit l'énergie d'un électron accéléré par un potentiel de 1 volt.

Le domaine visible du spectre électromagnétique
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