Caractériser une onde électromagnétique en 1ère
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de caractériser une onde électromagnétique pour les élèves de 1ère. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Spectre des ondes électromagnétiques
- Fréquence, longueur d’onde et célérité
- Domaines radio, IR, visible, UV
- Applications à la transmission de l’information
Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique
Une onde électromagnétique est une perturbation qui se propage dans l'espace en transportant de l'énergie. Elle est composée d'un champ électrique et d'un champ magnétique qui oscillent ensemble, perpendiculairement à la direction de propagation.
Exemple
La lumière du soleil, les ondes WiFi de ta box internet, ou les signaux de ton téléphone sont tous des ondes électromagnétiques.
À retenir : Une onde électromagnétique se propage dans le vide à la vitesse de la lumière.
Fréquence d'une onde
La fréquence est le nombre de fois par seconde qu'une onde effectue un cycle complet. Elle se mesure en hertz (Hz).
Exemple
Si tu écoutes une radio FM à 100 MHz, cela signifie que l'onde vibre 100 millions de fois par seconde.
À retenir : Plus l'onde vibre vite, plus sa fréquence est élevée.
Longueur d'onde
La longueur d'onde est la distance entre deux points identiques de l'onde qui se succèdent (par exemple, entre deux crêtes). Elle se note λ et se mesure en mètres.
Exemple
Pour la lumière rouge visible, la longueur d'onde est d'environ 700 nanomètres, soit $7 \times 10^{-7}$ m : une distance extrêmement petite.
À retenir : La longueur d'onde augmente quand la fréquence diminue.
Relation entre fréquence, longueur d'onde et célérité
La célérité (vitesse de propagation) d'une onde est liée à sa fréquence et sa longueur d'onde par une formule simple. Dans le vide, cette célérité est celle de la lumière.
Exemple
Quand tu reçois un message par WiFi, l'onde qui le transporte obéit à cette relation : plus la fréquence est haute, plus la longueur d'onde est courte.
À retenir : La formule à retenir est : $c = f × λ$ où c = $3 \times 10^{8}$ m/s, f est la fréquence en Hz, et λ est la longueur d'onde en mètres.
Le spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique est l'ensemble de toutes les ondes électromagnétiques possibles, ordonnées selon leur fréquence (ou longueur d'onde). Il s'étend des ondes radio de très basse fréquence aux rayons gamma de très haute fréquence.
Exemple
Le spectre ressemble à un arc-en-ciel géant : les ondes radio sont à une extrémité, la lumière visible au milieu, et les rayons gamma à l'autre extrémité.
À retenir : Le spectre électromagnétique couvre une énorme plage : des ondes radio très longues aux rayons gamma très courts.
Domaine des ondes radio
Les ondes radio sont les ondes électromagnétiques avec les plus basses fréquences et les plus grandes longueurs d'onde. Elles s'étendent de quelques Hz à environ 300 GHz.
Exemple
La radio FM, la télévision, le WiFi et la 4G utilisent des ondes radio pour transmettre les informations jusqu'à tes appareils.
À retenir : Les ondes radio ont les plus longues longueurs d'onde et les plus basses fréquences du spectre.
Domaine infrarouge
Les ondes infrarouges sont juste en dessous de la lumière rouge visible. Elles se situent entre les ondes radio et la lumière visible, avec une fréquence plus élevée que les ondes radio.
Exemple
La télécommande de ta télé envoie de l'infrarouge vers le téléviseur. Les caméras thermiques voient aussi l'infrarouge émis par les objets chauds.
À retenir : Le rayonnement infrarouge est invisible, mais tu peux sentir la chaleur qu'il apporte quand ta peau l'absorbe.
Domaine de la lumière visible
La lumière visible est la seule partie du spectre que nos yeux peuvent détecter. Elle représente une bande très étroite du spectre, entre l'infrarouge et l'ultraviolet.
Exemple
Les sept couleurs de l'arc-en-ciel (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet) sont un découpage conventionnel de la lumière visible, dont les couleurs se succèdent sans interruption.
À retenir : La lumière visible est la seule onde électromagnétique que tu vois naturellement.
Domaine ultraviolet
Les ondes ultraviolettes ont une fréquence plus élevée que la lumière visible et une longueur d'onde plus courte. Elles sont invisibles mais énergétiques.
Exemple
Les rayons UV du soleil qui te bronzent ou te brûlent la peau, ou la lampe UV utilisée pour sécher le vernis à ongles sont des sources d'ultraviolets.
À retenir : L'ultraviolet a assez d'énergie pour endommager la peau et les yeux — c'est pour ça qu'on a besoin de protection solaire.
Applications à la transmission de l'information
Les ondes électromagnétiques sont utilisées pour transmettre des informations à distance sans fil : c'est la base des télécommunications modernes. Différentes fréquences sont choisies selon le besoin.
Exemple
Le WiFi utilise des ondes radio autour de 2,4 GHz, la 4G utilise plusieurs bandes de fréquences, et le Bluetooth fonctionne lui aussi autour de 2,4 GHz — chaque technologie choisit sa fréquence pour transmettre les données.
À retenir : Plus la fréquence utilisée est élevée, plus on peut en général transmettre de données par seconde.
Les points clés
- La formule fondamentale : $c = f × λ$ où c = $3 \times 10^{8}$ m/s est la célérité dans le vide
- Le spectre électromagnétique ordonne toutes les ondes de la plus basse fréquence (ondes radio) à la plus haute fréquence (rayons gamma)
- La lumière visible est une toute petite partie du spectre, entre 400 et 800 nanomètres de longueur d'onde environ
- Les ondes radio et les micro-ondes sont utilisées pour les télécommunications (WiFi, 4G, TV, radio)
- L'infrarouge est utilisé pour les télécommandes et les capteurs thermiques
- L'ultraviolet peut endommager la peau et c'est pour ça qu'il faut de la protection solaire
L'essentiel
Les ondes électromagnétiques se caractérisent par leur fréquence et leur longueur d'onde, reliées par la formule c = f × λ, et le spectre électromagnétique regroupe toutes les ondes possibles, de la radio aux rayons gamma.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Une station de radio FM émet à une fréquence de 100 MHz. Calcule la longueur d'onde de cette onde radio. (Utilise c = $3 \times 10^{8}$ m/s)
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
La lumière rouge visible a une longueur d'onde d'environ 650 nm. Calcule sa fréquence et explique pourquoi tu vois cette couleur.
Corrige cet exercice avec le tuteur →