II. Dispersion de la lumière par un prisme

1)- Expérience de Newton (1642 – 1727).

a) Le montage

b) Observations la lumière est déviée par le prisme le faisceau qui émerge du prisme est étalé et présente les différentes couleurs de l’arc-en-ciel (une infinité de couleurs du rouge au violet) La lumière violette est plus déviée que la lumière rouge.

b) Observations

c) Interprétation La lumière subit deux réfractions successives Le prisme réfracte la lumière de façon différente selon la couleur de la lumière colorées (radiations lumineuses) La lumière blanche est constituées d’une infinité de couleurs

d) conclusion Le prisme dévie et décompose la lumière blanche en lumières colorées du rouge au violet.  C'est le phénomène de dispersion.   L'ensemble des couleurs obtenues constitue le spectre de la lumière blanche.  Le spectre est continu du rouge au violet. La lumière blanche est constituée d’une infinité de couleurs ou radiations : c’est une lumière polychromatique.

e) Un exemple de dispersion de la lumière

Explication

Le rayon vert

Le rayon vert

III. Dispersion de la lumière d’une source laser par un prisme a) Montage

II. Dispersion de la lumière d’une source laser par un prisme b) Observations On observe qu’une tâche rouge

III. Dispersion de la lumière d’une source laser par un prisme b) Conclusion La lumière produite par un laser n’est pas décomposable La lumière produite par un laser est monochromatique: elle ne renferme qu’une seule lumière colorée (une seule radiation lumineuse)

III Dispersion de la lumière avec un réseau de diffraction Un réseau de diffraction est un film plastique transparent sur lequel sont gravés des un très grand nombre de traits parallèles très fins (invisibles à l’œil nu)

a) Le montage fente réseau écran Lampe à incandescence

b) Observations

b) Observations Les radiations sont déviées différemment de part et d’autre de la direction initiale et selon leur couleurs On observe des spectres continus disposés symétriquement par rapport à la direction initiale de la lumière blanche Les radiations rouges sont plus déviées que les radiations violettes

III Dispersion de la lumière avec un réseau de diffraction

IV Longueur d’onde d’une radiation lumineuse a) Nature de la lumière La lumière peut être considérée comme une onde Quand elle se propage ce sont les propriétés électriques et magnétiques du milieux qui sont affectées La lumière peut être considérée comme une onde électromagnétique

IV Longueur d’onde d’une radiation lumineuse b) Radiation et longueur d’onde - Une lumière monochromatique ne peut être décomposée par un prisme. - Une lumière monochromatique est une radiation lumineuse - une radiation lumineuse est caractérisée par sa longueur d’onde dans le vide 

IV Longueur d’onde d’une radiation lumineuse c) Définition: La longueur d’onde d’une radiation lumineuse est caractérisée par une grandeur appelée longueur d’onde qui s’exprime en m ou nm Elle est notée l0

IV Longueur d’onde d’une radiation lumineuse d) Exemple: - Le laser rouge utilisé au lycée est une radiation de longueur d’onde l = 633 nm c’est une lumière monochromatique - Une lumière polychromatique est un mélange de plusieurs radiations elle est caractérisée par une plage de longueur d’onde

Longueurs d’ondes des couleurs perçues par l’œil humain

V Domaine visible pour l’œil humain L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont comprises entre 400 nm et 800 nm. 400 nm  l0 800 nm

Domaine visible d’une abeille

VI Les radiations invisibles à l’œil humain Spectre électromagnétique

Au-delà des radiations rouges l  800 nm Les infrarouges (800 nm  l  1 mm) Utilisé dans certaines télécommandes Utilisé dans certains appareils de chauffage

En deçà des radiations violettes l < 400 nm Les radiations ultraviolettes - responsables du bronzages -mais aussi des cancers de la peau - utilisée pour révéler certains chromatogrammes -

le spectre électromagnétique Les radiations invisibles à l’œil humain sont de la même nature que la lumière visible …

VI Pourquoi un prisme disperse-t-il la lumière ? Un exemple simple

VI Pourquoi un prisme disperse-t-il la lumière ? Un fabricant de prisme en « verre flint » fournit la courbe d’étalonnage donnant les variations de l’indice n en fonction de la longueur d’onde  de la radiation incidente l

Dépend de la longueur d’onde et donc de la couleur Limite du spectre visible L’indice réfractions Dépend de la longueur d’onde et donc de la couleur L’indice réfractions de la radiation violette nVi = 1,68 L’indice réfractions de la radiation Rouge nR= 1,63

Les deux angles BDC et AFE ont leur côtés perpendiculaires deux à deux et donc Première Réfraction Au passage de l’air au verre le rayon n’est pas dévié car il est normal à la surface i1 = a = 30° Réfraction du rayon violet n1 x sin i1 = n2 x sin i2 devient nvi x sin i1 nair x sin i2vi = a = 30° 1,68 x sin 30° sin i2vi = = 0,84 1,0 i2 Vi =57° i2vi = 57° i2R ° air A verre air i1 =55° Réfraction du rayon Rouge n1 x sin i1 = n2 x sin i2 devient nR x sin i1 nair x sin i2R = 1,63 x sin 30° sin i2R = = 0,82 1,0 i2R = 55° Deuxième réfraction

VI Pourquoi un prisme disperse-t-il la lumière ? Un prisme disperse la lumière - car il réfracte les radiations lumineuses de façon différente selon leur longueur d’onde l’indice de réfraction du matériaux varie selon la longueur d’onde des radiations Un milieu transparent est dit dispersif quand l’indice de ce milieu varie en fonction de la longueur d’onde des radiations lumineuse