éclairement énergétique | |||
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L'éclairement énergétique, aussi appelé irradiance, exprimé W·m–2, caractérise le flux (ou puissance) reçu par une surface éclairée par unité d'aire. Il vaut par
définition : \( \displaystyle E_\text{én}=\frac{\Phi_\text{én}}{S} \) - \(E_\text{én}\) est l'élairement en lux ; - \(\Phi_\text{én}\) est le flux énergétique en W ; - \(S\) est l'aire de la surface éclairée. | |||
éclairement lumineux | ||
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L'éclairement, exprimé en lux (ou lumen / m²), est la grandeur qui décrit la manière dont l'oeil humain perçoit la "luminosité" d'une surface éclairée. Il vaut par définition : \( \displaystyle E_\text{lum}=\frac{\Phi_{lum}}{S} \) - \(E_\text{lum}\) est l’éclairement lumineux en lux ; - \(\Phi_\text{lum}\) est le flux lumineux en lumen ; - \(S\) est l'aire de la surface sur laquelle la lumière est répartie. Il est relié à l'éclairement énergétique par : \( E_\text{lum} = E_\text{én} \times K_m \times V(\lambda) \) | ||
onde stationnaire | |||
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Diffraction | ||
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Le phénomène de diffraction concerne toutes les ondes périodiques (mécaniques ou électromagnétiques). Il regroupe toutes les situations dans lesquelles une onde voit ses directions de propagation modifiées après avoir franchi une ouverture ou un obstacle partiel, et qui ne peut s'expliquer ni par la réfraction ni par une réflexion. Manifestation dans le cas d'une cuve à ondes : Manifestation dans le cas d'un faisceau de lumière monochromatique : l'onde, initialement à 1 dimension, est à 2 dimension après avoir franchi l'ouverture. Plus celle-ci est petite et plus l'onde est diffractée. | ||
angle d'ouverture | |||
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Dans une situation de diffraction, l'angle d'ouverture \(\theta \) quantifie l'importance du phénomène de diffraction. Exemple dans le cas d'une cuve à ondes : Exemple dans le cas d'un faisceau lumineux intercepté par une fente : Si \( \lambda \) est la longueur d'onde de l'onde incidente et \(a\) la taille de l'objet diffractant : plus \( \displaystyle \frac{\lambda}{a} \) est élevé, plus \(\theta\) est élevé. | |||
ondes synchrones | ||
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Interférence | ||
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Le phénomène d'interférence intervient lorsque deux ondes périodiques synchrones se superposent. Il existe alors des zones où : - l'amplitude de l'onde est amplifiée : l'interférence est constructive ; - l'amplitude de l'onde est atténuée : l'interférence est destructive. | ||
résonance | ||
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Lorsqu'il est en oscillation forcée, l'amplitude de la vibration d'un oscillateur est maximale si la fréquence imposée par l'excitateur atteint une valeur particulière appelée fréquence de résonance. Celle-ci est voisine de sa fréquence propre. On a alors atteint la résonance. | ||
réflexion totale | ||
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En général, lorsque la lumière change de milieu, une partie du faisceau est réfléchie et l'autre est réfractée. S'il y a réflexion totale, toute la lumière est réfléchie et il n'existe pas de faisceau réfracté. Cela est possible si : - le milieu d'incidence a un indice plus élevé que le second milieu ; - l'angle d'incidence est supérieur ou égal à l'angle limite ilim. | ||
indice de réfraction | ||
---|---|---|
L'indice de réfraction d'un milieu transparent est une grandeur sans dimension qui renseigne sur la célérité de la lumière qui le traverse. On a : \( \displaystyle v=\frac{c}{n} \) - \(v\) est la célérité de la lumière dans le milieu ; - \(c\) est la célérité de la lumière dans le vide ; - \(n\) est l'indice de réfraction du milieu. | ||
onde transversale | |||
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Une onde est dite transversale lorsque la perturbation est une déformation du milieu perpendiculaire à la direction dans laquelle elle se propage. Exemple : une onde le long d'une corde est transversale : | |||
Onde mécanique | |||
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Une onde
est mécanique si la perturbation met localement le milieu en
mouvement. Ce sont les mouvements du milieu qui se transmettent de
proche en proche et qui permettent la propagation de la perturbation.
Une onde mécanique ne peut donc exister que dans un milieu matériel.
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fibre optique | ||
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Dans une fibre optique, ce sont des signaux lumineux (généralement dans le domaine visible ou proche infrarouge) qui assurent le transport de l’information.
Une fibre optique est constituée de deux polymères transparents d’indices de réfraction différents : le cœur et la gaine. Le phénomène de réflexion totale à l’interface cœur / gaine explique que le signal soit guidé par la fibre. Cela n’est possible que si leurs indices de réfraction respectent : ncoeur > ngaine | ||
Transmission | |||
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Réflexion et transmission ont lieu à l'interface entre deux milieux : - Une partie de l’onde incidente ne pénètre pas dans le second milieu et se propage en sens inverse de l’onde incidente : il s’agit de l’onde réfléchie. - Une partie de l’onde pénètre dans le second milieu et s’y propage : c’est l’onde transmise. On peut représenter schématiquement ces phénomènes par : Remarque : dans chaque milieu, l'absorption est forcément présente. | |||
coefficient énergétique | |||
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Le coefficient de réflexion, noté R, est la fraction de l’énergie incidente qui est réfléchie. Le coefficient de transmission, noté T, est la fraction de l’énergie incidente qui est transmise. Remarque : R et T sont souvent donnés sous forme de pourcentage. À l’interface entre les deux milieux, toute l’énergie qui n’est pas transmise est réfléchie, ce qui se traduit par la relation : \( \begin{eqnarray*} R+T &=& 1 \\ &=& 100\% \end{eqnarray*} \) | |||
Absorption | ||
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Lorsqu'une onde se propage dans un milieu, une partie de l'énergie qu'elle transporte est cédée à ce milieu : cela provoque son atténuation. Ce phénomène est appelé absorption. L'absorption est d'autant plus importante que la distance traversée par l'onde dans le milieu est grande. | ||
onde acoustique | |||
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L’onde acoustique modélise ce que nous appelons communément « le son ». C’est une onde mécanique longitudinale. Dans un gaz, il s’agit de la propagation des compressions et dilatations (sans transport global de matière comme toutes les ondes). | |||
timbre | ||
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Le timbre est une propriété sensorielle du son. Il distingue deux sons musicaux émis par deux instruments différents jouant la même note de musique. Deux sons de même hauteur mais de timbres différents : − ont des représentations temporelles de même fréquence mais de motifs différents ; − ont des spectres de même fréquence fondamentale mais avec des harmoniques d’amplitudes différentes : | ||
hauteur du son | ||
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La hauteur du son est une propriété sensorielle. Un son « haut » est un son perçu comme aigu, un son « bas » est perçu comme grave. | ||
son pur | ||
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onde périodique | |||
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Si un milieu est perturbé de manière temporellement périodique et si la perturbation se propage, alors ce milieu présente à tout instant une périodicité spatiale. On parle alors d'onde périodique : celle-ci présente une double périodicité, à la fois spatiale et périodique. Exemple 1 : onde périodique transversale le long d'une corde tendue : Exemple 2 : onde périodique sonore (longitudinale) : | |||
photon | ||
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L'énergie transportée par un rayonnement électromagnétique est quantifiée, c'est-à-dire constituée d'entités indivisibles. Le photon est la quantum d'énergie transportée par une onde électromagnétique. Si on note \( f\) la fréquence, son énergie vaut : \( E = h\times f \) \( h=6,62\times 10^{-34} \mathrm{\ m^2\cdot kg \cdot s^{-1}} \) étant la constante de Planck. | ||
perturbation | ||
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On dit que l’on crée une perturbation d’un milieu lorsque l’on modifie l’une de ses propriétés de manière localisée et réversible. | ||
onde longitudinale | |||
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Une onde est dite longitudinale lorsque la perturbation est une déformation du milieu parallèle à la direction dans laquelle elle se propage. Exemple : une onde sonore dans un gaz est longitudinale : | |||
onde | |||
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Une onde est la propagation de la perturbation d'un milieu sans transport global de matière mais avec transport d'énergie. Deux cas sont à distinguer : - si la perturbation est un mouvement local de matière, l'onde est dite mécanique. - si la perturbation est une variation des propriétés électriques et magnétiques du milieu, l'onde est électromagnétique. | |||
miroir plan | |||
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Un miroir plan est une surface plane réfléchissante. Un miroir plan donne d'un objet une image virtuelle symétrique de l'objet par rapport au plan du miroir. | |||
miroir sphérique | |||
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Un miroir sphérique est une surface réfléchissante ayant la forme d'une portion de sphère. Si C désigne son centre de courbure et S son sommet, son foyer est au milieu du segment SC : | |||
vergence | ||
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La vergence d'une lentille ou d'un miroir convergent est l'inverse de sa distance focale : \( \displaystyle C = \frac{1}{f'} \) La vergence s'exprime en dioptries (δ), unité homogène au m-1. | ||
diamètre apparent | ||
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Le diamètre apparent d'un objet ou d'une image est l'angle entre deux rayons de lumière issus de ses extrémités et pénétrant dans l’œil de l'observateur. Plus cet angle est élevé, plus l'objet ou l'image observé(e) nous semble grande. | ||
pouvoir séparateur | |||
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Le pouvoir séparateur (ou pouvoir de résolution) d'un instrument est l'écart angulaire entre les deux points objets les plus proches que l'instrument permet de distinguer. Plus cet angle est faible, plus les détails observables sont fins donc meilleure est la qualité de l'instrument. Le pouvoir séparateur de l'oeil humain vaut \( 3\times 10^{-4} \text{ rad} \). | |||
grossissement | ||
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Le grossissement d'un instrument d'optique est défini lorsque celui-ci donne une image virtuelle à l'infini. Dans ce cas le grossissement vaut : \( \displaystyle G=\frac{\theta'}{\theta} \) - \( \theta' \) étant le diamètre apparent (en rad) de l'image donnée par l'instrument ; - \( \theta \) étant le diamètre apparent de l'objet. Attention la définition de \(\theta\) change selon le type d'instrument considéré : Pour un instrument destiné à observer les petits objets proches de l'instrument (comme la loupe ou le microscope), \( \theta \) est le diamètre apparent de l'objet observé à une distance de l'oeil de valeur 25cm (distance minimale de vision distincte). Pour un instrument destiné à observer les objets grands et lointains (la lunette astronomique, le télescope), \( \theta \) est la diamètre apparent de l'objet à l'infini. | ||
lentille convergente | |||
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Une lentille convergente est un élément transparent (généralement en verre) ayant l'un des profils suivants : Les points, plans et distances caractéristiques d'une lentille convergente sont définis par son action sur un faisceau incident de lumière parallèle : | |||
grandissement | ||
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Le grandissement d'un système optique qui donne d'un objet AB une image A'B' est le quotient : \( \displaystyle \overline{\gamma}=\frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}} \) Si \(\overline{\gamma}<0\) : l'image est renversée. Si \(\overline{\gamma}>0\) : l'image est droite. Si \(|\overline{\gamma}|<1\) : l'image est rétrécie. Si \(|\overline{\gamma}|>1\) : l'image est agrandie. | ||
oculaire | ||
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Dans un instrument d'optique, l'oculaire est l'élément derrière lequel il faut placer son œil pour voir l'image de l'objet visé. | ||
objectif | ||
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Dans un instrument d'optique, l'objectif désigne l'élément qui reçoit la lumière directement issue de l'objet visé. | ||
atténuation linéique | ||
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Si une onde a un coefficient d'atténuation \(A\) après avoir traversé une distance \(L\) dans un milieu : le coefficient d'atténuation linéique du milieu vaut par définition :
\( \displaystyle \alpha = \frac{A}{L} \) \( \alpha \) est une propriété du milieu considéré et s'exprime en dB/m. | ||
atténuation | ||
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L'atténuation est une grandeur qui traduit l'absorption de l'onde par son milieu de propagation. Elle s'exprime en décibels (dB) et vaut : \( \displaystyle A=10 \log \frac{P_e}{P_s} \) \( P_e \) et \(P_s\) désignant la puissance transportée par l'onde respectivement à l'entrée et à la sortie du milieu.L'atténuation s'exprime aussi en fonction de l'amplitude de l'onde : \( \displaystyle A=20 \log \frac{U_e}{U_s} \) \( U_e \) et \(U_s\) désignant la puissance transportée par l'onde respectivement à l'entrée et à la sortie du milieu.Cet oscillogramme illustre l'atténuation d'un onde sinusoïdale par un câble coaxial. En haut est représenté le signal entant et en bas le signal sortant. | ||
propagation libre | |||
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On appelle propagation libre la propagation d’une onde dans toutes les directions rendues possibles par le milieu.
Exemple : les ondes hertziennes émises par une antenne. On appelle propagation guidée la propagation d’une onde lorsque celle-ci est contrainte à se propager dans une seule direction, imposée par un guide d’onde. Exemple : les ondes transmises par les câbles ou les fibres optiques. | |||
flux lumineux | ||
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Le flux lumineux est une grandeur qui s'exprime en fonction du flux énergétique d'une source de lumière et de la manière dont celle-ci est perçue par l’œil humain. Il vaut par définition : \( \Phi_{lum} = \Phi_e \times K_m \times v(\lambda) \) - \( \Phi_{lum} \) est le flux lumineux exprimé en lumen (lm) - \( \Phi_e \) est la flux énergétique en W - \( K_m\) est l'efficacité lumineuse maximale exprimée en lm/W : elle dépend du type de récepteur activé dans l'oeil. Elle prend une valeur différente selon que ce sont les cônes qui sont activés (en vision diurne) ou les bâtonnets (en vision nocturne). - \( v(\lambda) \) est le facteur de visibilité (sans unité). Celui-ci dépend de la longueur d'onde de la lumière : il est maximal pour une lumière jaune et est nul pour des longueurs d'onde en dehors du domaine visible. | ||
flux énergétique | ||
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Le flux énergétique d'une source de lumière est la puissance qu'elle cède sous forme de lumière. Le flux énergétique, souvent noté \( \Phi_e \), s'exprime donc en watt (W). Le flux énergétique n'est pas lié à la manière dont est perçue la source par notre œil, contrairement au flux lumineux. | ||
effet piézoélectrique | |||
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Certains cristaux sont dits piézoélectriques s'ils peuvent être le siège des effets piézoélectriques direct et inverse décrits ci-dessous. Effet piézoélectrique direct : si une contrainte mécanique est exercée entre deux extrémités d’un cristal piézoélectrique et le contracte, une tension électrique proportionnelle à la déformation est générée entre les deux extrémités. Effet piézoélectrique inverse :
c’est l’effet réciproque de l’effet direct. Lorsqu’une tension électrique est
appliquée entre deux extrémités d’un cristal piézoélectrique, celui-ci se
contracte proportionnellement à la tension appliquée. | |||
niveau sonore | ||
---|---|---|
Le niveau sonore est une grandeur qui décrit la perception d'une onde sonore. Elle est définie par : \( \displaystyle L=10 \log \frac{I}{I_0} \) - \(L\) étant le niveau sonore exprimé en décibels (dB) - \(I\) étant l'intensité de l'onde reçue (en W/m²) - \(I_0= 1,0\times 10^{-12} \mathrm{\ W\cdot m^{-2}} \) : intensité sonore minimale audible. | ||
oscillation entretenue | |||
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En présence d'un amortissement, l'oscillation du système est dite entretenue si un système extérieur apporte périodiquement l'énergie dissipée à cause de l'amortissement.
Exemple : un parent qui pousse son enfant sur sa balançoire entretient l'oscillation de ce dernier. | |||
pseudopériodique | |||
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Pour un oscillateur harmonique, le régime périodique est le cas idéal d'oscillations non amorties, ou bien entretenues :
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fréquence propre | ||
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La fréquence propre d'un oscillateur est la fréquence de ses oscillations libres et non amorties. | ||
oscillation forcée | |||
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Les oscillations sont forcées si un système extérieur, appelé excitateur, cède de l’énergie à l’oscillateur et impose la fréquence de ses oscillations. | |||
oscillation libre | |||
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L'oscillation d'un système est dite "libre" si elle a lieu sans apport extérieur d'énergie. | |||
oscillation | |||
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L’oscillation est un cas particulier de vibration. Un système est en oscillation si les grandeurs vibratoires qui le caractérisent évoluent de manière périodique. | |||
vibration | |||
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Un système est en vibration si l’une des grandeurs qui le caractérisent évolue autour d’une position d’équilibre. Cette grandeur est appelée une grandeur vibratoire. | |||
réfraction | |||
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La réfraction est un phénomène qui intervient lorsqu'un faisceau de lumière change de milieu : sa direction est alors modifiée. Le phénomène de réfraction coexiste toujours avec le phénomène de réflexion. | |||
Tache centrale | ||
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Dans le cas de la diffraction d'un faisceau de lumière par un obstacle (fente, fil, trou, etc.) on appelle tache centrale de diffraction la tache située au centre de le figure. C'est la zone plus lumineuse visible à l'écran. Exemple dans le cas d'une fente simple verticale : | ||
Interfrange | ||
---|---|---|
Dans le cas d'interférences de deux ondes périodiques, l'interfrange est la distance entre deux maxima d'amplitude consécutifs (c'est aussi la distance entre deux minima consécutifs). Exemple dans le cas de la figure d'interférence lumineuses avec les fentes de Young : | ||
Sources cohérentes | ||
---|---|---|
Deux sources d'ondes périodiques sont dites cohérentes si elles émettent des ondes de même nature, de même fréquenceet avec un déphasage constant. Expérimentalement, on obtient des sources cohérentes en divisant en deux une onde incidente. Par exemple : - deux hauts-parleurs alimentés par le même GBF constituent deux sources cohérentes d'ondes sonores ; - en optique, les fentes de Young divisent en deux un faisceau de lumière et constituent deux sources secondaires cohérentes ; | ||
effet Doppler | ||
---|---|---|
L'effet Doppler est la modification de la fréquence (donc de la longueur d'onde) de l'onde reçue par un récepteur si sa source est en mouvement par rapport à lui. Si la source et le récepteur se rapprochent (à droite de la figure ci-dessus) : \( \lambda_\text{reçue}<\lambda_\text{émise} \\ f_\text{reçue}>f_\text{émise} \) Si la source et le récepteur s'éloignent (à gauche de la figure ci-dessus) : \( \lambda_\text{reçue}>\lambda_\text{émise} \\
f_\text{reçue}<f_\text{émise} \) | ||
Intensité | ||
---|---|---|
Puissance | ||
---|---|---|
La puissance désigne une énergie transférée par unité de temps. L'unité SI de la puissance est le watt (W). | ||
Décalage Doppler | ||
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Le décalage Doppler est la différence, en valeur absolue, entre la fréquence de l'onde reçue et celle de l'onde émise : \( \Delta f=|f_\text{émise}-f_\text{reçue}| \) Ce décalage n'est non nul que si la source est en mouvement par rapport au récepteur : il est dû à l'effet Doppler. Plus la vitesse relative source / récepteur est élevée, plus le décalage Doppler est grand. | ||
Longueur d'onde | ||
---|---|---|
La longueur d'onde d'une onde périodique est, à un instant donné, la plus petite distance au bout de laquelle le milieu retrouve un même état de perturbation. L'unité SI de la longueur d'onde est le mètre (m). Si une onde a une célérité notée v, une période notée T et une fréquence notée f, sa longueur d'onde s'exprime par : \( \lambda=vT=\dfrac{v}{f} \) | ||
Période et fréquence | |||
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La période d'un phénomène périodique est la durée au bout de laquelle le phénomène se reproduit. La période est usuellement notée T et son unité SI est la seconde (s). La fréquence du phénomène est le
nombre de fois que le phénomène se reproduit par unité de temps. Elle
est reliée à la période par : \( f= \dfrac{1}{T} \) Si la période est exprimée en s, la fréquence est exprimée en hertz (Hz). Cas de l'onde périodique : La période d'une onde est la durée au bout de laquelle un point du milieu de propagation retrouve un même état de perturbation. La fréquence de l'onde est la fréquence à laquelle évolue un point du milieu. | |||
Pouvoir rotatoire | ||
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Si une espèce chimique est optiquement active, son pouvoir rotatoire est l'angle, souvent noté α,dont l'axe de polarisation de la lumière qui l'a traversée a tourné. Le pouvoir rotatoire étant un angle, il s'exprime en degré ou en radian. Il dépend de la nature de l'espèce chimique considérée, de sa concentration si elle est en solution, de la distance parcourue par la lumière dans cette espèce chimique et de la longueur d'onde de la lumière. | ||
Dextrogyre | ||
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Une espèce chimique est dextrogyre si l'axe de polarisation de la lumière qui la traverse tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (du point de vue d'un observateur qui reçoit la lumière). Le contraire de dextrogyre est lévogyre. | ||
Lévogyre | ||
---|---|---|
Une espèce chimique est lévogyre si l'axe de polarisation de la lumière qui la traverse tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (du point de vue d'un observateur qui reçoit la lumière). Le contraire de lévogyre est dextrogyre. | ||
Activité optique | ||
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Une espèce chimique est optiquement active si elle modifie l'axe de polarisation de la lumière qui la traverse. | ||
lumière polarisée rectilignement | |||
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La lumière polarisée rectilignement (on dit souvent lumière polarisée tout court) est un rayonnement au sein duquel le champ électrique a une direction de polarisation unique. Représentation du champ électrique dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde dans le cas d'une lumière polarisée : | |||
Champ électromagnétique | |||
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Lumière naturelle | ||
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Les physiciens qualifient de naturelle une lumière non polarisée, c'est-à-dire un rayonnement au sein duquel toutes les directions de polarisation sont présentes. Représentation du champ électrique dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde dans le cas d'une lumière naturelle : | ||
Axe de polarisation | |||
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La droite parallèle à la direction du champ électrique est appelée axe de polarisationou direction de polarisation. | |||
Plan de polarisation | |||
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Le plan qui contient le champ électrique est appelé le plan de polarisation de l’onde électromagnétique. Attention : il ne faut surtout pas confondre la direction de polarisation et la direction de propagation de l’onde ! | |||