Spectre électromagnétique

Définition du spectre électromagnétique

Commençons notre voyage en examinant la définition du spectre électromagnétique.

En d'autres termes, le spectre électromagnétique est un continuum de radiations électromagnétiques, contenant différentes longueurs d'onde et fréquences. Chaque région du spectre électromagnétique est constituée d'un type de rayonnement électromagnétique différent.

Par exemple, le rayonnement ultraviolet a un effet différent de celui du rayonnement micro-ondes et, bien sûr, ces deux formes de rayonnement sont différentes des ondes que nous interprétons comme la lumière visible !

Les rayonnements électromagnétiques sont présents tout autour de nous ! La plupart des rayonnements électromagnétiques sont en fait invisibles à l'œil nu. Parmi les exemples de rayonnements électromagnétiques, on peut citer les rayons provenant du soleil, mais aussi les rayons X.

Ne t'inquiète pas si rien n'a de sens pour l'instant. Nous apprendrons à connaître le spectre électromagnétique à petits pas !

Les longueurs d'onde dans le spectre électromagnétique

Nous pouvons décrire les ondes en termes de longueur d'onde et de fréquence. Tout d'abord, nous devons parler des longueurs d' onde dans le spectre électromagnétique.

Dans une vague, une crête est le point le plus élevé, ou la valeur maximale de la vague, tandis qu'un creux est le point le plus bas ou la valeur minimale de la vague . La figure ci-dessous montre une vague simple et sa longueur d'onde.

Fig. 1 : Une onde simple avec des crêtes et des creux, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

La longueur d'onde est généralement mesurée en unités de distance. Par exemple :

• Les rayons gamma, qui ont une longueur d'onde très courte, sont mesurés en nanomètres (nm).
• Les ondes radio, qui ont une plus grande longueur d'onde, peuvent être mesurées en centimètres (cm) ou en kilomètres (km), selon la distance à laquelle tu te situes sur le spectre des ondes radio.

Regarde la figure ci-dessous.

Fig. 2 : À mesure que la longueur d'onde augmente, le nombre de cycles d'ondes par unité de temps diminue, ce qui entraîne une baisse de la fréquence, StudySmarter Originals.

Cette image montre deux ondes différentes et les longueurs d'onde entre deux crêtes adjacentes. Remarque que l'onde supérieure a une grande longueur d'onde par rapport à l'onde inférieure, qui a une longueur d'onde courte.

On dit que la longueur d'onde et la fréquence sontinversement proportionnelles. Cela signifie que si la longueur d'onde augmente, la fréquence diminue, et vice versa !

La fréquence dans le spectre électromagnétique

Définissons maintenant la fréquence. La fréquence est généralement mesurée en hertz (Hz), ce qui équivaut à un par seconde (1/s ou ^s-1).

Reprenons l'image ci-dessus, qui montre les deux ondes et leurs longueurs d'onde. Que peux-tu dire à propos de leurs cycles d'ondes ?

Nous pouvons dire qu'il y a plus de cycles de vagues dans la vague inférieure et moins de cycles de vagues dans la vague supérieure. Cela signifie que l'onde supérieure a une fréquence plus basse et que l'onde inférieure a une fréquence plus élevée.

• Lorsque la longueur d'onde augmente, le nombre de cycles d'ondes par unité de temps diminue, ce qui entraîne une baisse de la fréquence.

Relation entre la longueur d'onde et la fréquence

Nous avons appris qu'une onde ayant une longueur d'onde plus courte aura une fréquence plus élevée. C'est parce que le cycle de l'onde pourra se répéter plus de fois par seconde ! À une vitesse fixe, la fréquence d'une onde lumineuse est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde. Cette relation inverse est illustrée par l'équation suivante :

$$\lambda =\frac{v}{f}$$$

Où :

• λ est la longueur d'onde (en mètres).
• f est la fréquence (en cycles par seconde).
• v est la vitesse de phase. La vitesse de phase, dans le cas du rayonnement électromagnétique, est la vitesse de la lumière. Dans le vide, cette vitesse est de 2,9979 x¹⁰⁸ m/s.

Prenons un exemple !

Relation entre l'énergie, la longueur d'onde et la fréquence

Explorons maintenant la relation entre l'énergie, la longueur d'onde et la fréquence, également connue sous le nom de relation de Planck.

$$E=h\cdot v$$

Où ,

• E est l'énergie
• h est la constante de Planck (6,^63x10-34 J-s)
• v est la fréquence.

Grâce à l'équation de Planck, nous pouvons relier l'énergie d'un photon à la fréquence de l'onde électromagnétique. Nous écrivons cette relation comme suit :

$$E_{photon}=hv=\frac{hc}{v}$$

où _Ephoton est l'énergie d'un photon, h est la constante de Planck, v est la fréquence et c est la vitesse de la lumière (3,^0x108 m/s). La règle générale est donc que, lorsque la longueur d'onde augmente, E et v diminuent . Tu peux en apprendre davantage sur ce sujet en consultant "L'effet photoélectrique".

Diagramme du spectre électromagnétique

Jetons un coup d'œil au diagramme du spectre électromagnétique. Sur ce diagramme, nous pouvons voir que le spectre s'étend des rayons gamma aux ondes radio, de 0,0001 nm à 100 m. En outre, nous pouvons voir une onde dont les longueurs d'onde et les fréquences varient. Tu remarqueras que plus la longueur d'onde augmente, plus la fréquence et l'énergie de l'onde diminuent.

• Les rayons gamma ont la plus grande énergie, la plus haute fréquence et, par conséquent, la plus petite longueur d'onde.

La partie du spectre correspondant à la lumière visible est représentée de 400 nm à 750 nm environ, les couleurs correspondant à leurs longueurs d'onde respectives. C'est la région du spectre électromagnétique que nous voyons comme de la lumière !

Spectre électromagnétique : Exemples

Il existe sept types d'ondes électromagnétiques, et chacune d'entre elles possède des propriétés différentes. Note qu'iln'y a pas de barrières rigides entre les régions du spectre électromagnétique. Les différents types d'ondes sont séparés en différentes régions en fonction de leur longueur d'onde, qui change progressivement au fur et à mesure que tu te déplaces dans le spectre.

Voyons quelques exemples de chimie de tous les jours impliquant des ondes électromagnétiques.

Lesondes radio ont les plus grandes longueurs d'onde et les plus basses fréquences des différentes régions du spectre électromagnétique. Elles sont couramment utilisées dans la communication. Par exemple, les fréquences plus élevées des ondes radio sont utilisées pour les radars et la télévision, tandis que les fréquences plus basses des ondes radio sont utilisées pour écouter la radio. Lesondes radio sont également utilisées dans des techniques telles que l'IRM. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) combine des ondes radio et un champ magnétique pour créer une image d'une coupe transversale du corps.

Comme les ondes radio, les micro-ondes sont aussi couramment utilisées dans les communications et les radars, en plus d'être utilisées comme source de chaleur.

Lesmicro-ondes sont également utilisées dans la résonance de spin électronique pour l'induction et la détection de la résonance paramagnétique électronique.

Lerayonnement infrarouge transmet également la chaleur. Par exemple, le rayonnement infrarouge est utilisé pour transmettre la chaleur des radiateurs et dans la cuisine pour faire bouillir les aliments. Le rayonnementinfrarouge peut également être utilisé pour provoquer la flexion et l'étirement des liaisons covalentes, et laspectroscopie IR peut être utilisée pour identifier la présence de ces différents types de liaisons covalentes.

Lalumière visible est la seule partie du spectre électromagnétique que nous voyons qui provoque des couleurs différentes. Le rayonnement électromagnétique émis par une onde d'une longueur d'onde d'environ 400 nm est interprété comme de la lumière par les humains sous la forme de la couleur violette, tandis que le rayonnement électromagnétique émis par une onde d'une longueur d'onde d'environ 700 nm est interprété comme de la lumière par les humains sous la forme de la couleur rouge.

Lerayonnement ultraviolet (UV ) représente une grande partie du rayonnement émis par le soleil. Une grande partie de ce rayonnement est absorbée par les gaz de l'atmosphère ; cependant, ce rayonnement peut également être absorbé par la peau, provoquant des coups de soleil, des lésions cutanées et des cancers. Le rayonnement UV peut être utilisé pour provoquer des transitions d'électrons dans les atomes et les faire passer à des niveaux d'énergie plus élevés. Cela permet aux scientifiques de recueillir des données sur la structure électronique d'un atome et sur son modèle de coquille électronique.

Lesrayons X, comme les rayons ultraviolets, peuvent être nocifs pour l'homme, mais ils sont également très utiles en science. Cette forme de rayonnement est utilisée dans les machines médicales pour voir l'intérieur des êtres vivants et non vivants grâce à la technique courante de l'imagerie par rayons X.

Lesrayons gamma ont les longueurs d'onde les plus courtes et les fréquences les plus élevées, et donc les énergies les plus importantes. Cette région du spectre électromagnétique est également utilisée en médecine sous forme de "radiations" pour attaquer les cellules cancéreuses.

Maintenant, j'espère que tu es plus confiant dans ta compréhension du spectre électromagnétique !