L'essentiel
- Le spectre visible s'étend d'environ 400 nm (violet) à 800 nm (rouge) ; en dessous se trouve l'ultraviolet, au-dessus l'infrarouge.
- La rétine possède trois types de cônes, sensibles surtout au bleu, au vert et au rouge : la couleur perçue vient de la comparaison de leurs signaux (trichromie).
- En synthèse additive (écrans), les primaires sont rouge, vert, bleu : R + V = jaune, V + B = cyan, R + B = magenta, R + V + B = blanc.
- Deux couleurs sont complémentaires si leur superposition donne du blanc : rouge et cyan, vert et magenta, bleu et jaune.
- En synthèse soustractive (filtres, encres), les primaires sont cyan, magenta, jaune ; chacune absorbe sa couleur complémentaire.
- Jaune + cyan donne vert, jaune + magenta donne rouge, cyan + magenta donne bleu, les trois donnent noir.
- Un objet opaque a la couleur de la lumière qu'il diffuse, un objet transparent celle de la lumière qu'il transmet ; tout dépend aussi de la lumière qui l'éclaire.
- La lumière est une onde électromagnétique de célérité c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹ dans le vide, avec λ = c/ν.
- La lumière est aussi constituée de photons, particules de masse nulle d'énergie E = h·ν = h·c/λ : c'est la dualité onde-particule.
- Plus la longueur d'onde est courte, plus le photon est énergétique ; un photon visible porte entre 1,6 eV et 3,1 eV.
- L'énergie d'un atome est quantifiée : état fondamental, états excités, énergie 0 pour l'atome ionisé.
- Une transition entre deux niveaux émet ou absorbe un photon d'énergie exactement égale à l'écart E_sup − E_inf.
- Un corps dense et chaud donne un spectre continu ; un gaz excité à basse pression donne des raies colorées d'émission ; un gaz froid traversé par de la lumière blanche donne des raies noires d'absorption.
- Un élément absorbe aux mêmes longueurs d'onde qu'il émet, ce qui permet d'identifier les éléments présents dans l'atmosphère d'une étoile.
Formules et définitions à connaître
| Grandeur | Formule | Unités | Condition |
|---|---|---|---|
| Longueur d'onde dans le vide | λ = c / ν | m, m·s⁻¹, Hz | onde électromagnétique dans le vide |
| Énergie d'un photon | E = h·ν = h·c / λ | J, J·s, Hz, m | h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s |
| Électronvolt | 1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J | ||
| Relation pratique | E (eV) ≈ 1 240 / λ (nm) | eV, nm | |
| Transition atomique | E_photon = E_sup − E_inf | J ou eV | émission ou absorption |
| Nombre de photons par seconde | N = P / E | s⁻¹, W, J | source monochromatique |
| Niveaux de l'hydrogène | Eₙ = −13,6 / n² | eV | n entier non nul |
Pièges à éviter
- Confondre synthèse additive et synthèse soustractive.
- Croire qu'un objet peut diffuser une couleur absente de la lumière qui l'éclaire.
- Oublier de convertir les nanomètres en mètres dans E = h·c/λ.
- Penser qu'un photon plus énergétique qu'une transition est absorbé : il faut une égalité exacte (sauf ionisation).
- Prendre l'énergie d'un niveau au lieu de la différence entre deux niveaux.
- Croire que les raies d'absorption et d'émission d'un même élément sont à des longueurs d'onde différentes.
Je me teste
1. Rouge + vert en synthèse additive ? → Jaune.
2. Couleur complémentaire du bleu ? → Jaune.
3. Filtre cyan suivi d'un filtre jaune en lumière blanche ? → Vert.
4. Couleur d'une tomate rouge éclairée en lumière verte ? → Noire.
5. Énergie d'un photon de 620 nm en eV ? → Environ 2,0 eV.
6. Valeur de la constante de Planck ? → 6,63 × 10⁻³⁴ J·s.
7. Un photon UV est-il plus ou moins énergétique qu'un photon rouge ? → Plus énergétique.
8. Énergie du photon émis entre des niveaux à −3,40 eV et −13,6 eV ? → 10,2 eV.
9. Aspect d'un spectre d'absorption ? → Fond continu coloré barré de raies noires.
10. Quel phénomène montre l'aspect particulaire de la lumière ? → L'effet photoélectrique.