Chapitre 1 : ondes et particules








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titreChapitre 1 : ondes et particules
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CHAPITRE 1 : ONDES ET PARTICULES

  1. RAYONNEMENTS DANS L’UNIVERS



Notions et contenus

Compétences exigibles

Absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre

Extraire et exploiter des informations sur l’absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre et ses conséquences sur l’observation des sources de rayonnements dans l’Univers.

Connaître des sources de rayonnement radio, infrarouge et ultraviolet

I-1) Activité documentaire

Voir : activité documentaire n°1 du chapitre 1 §I-1 (05/09/2012)

I-2) Qu’est ce qu’un rayonnement ?

On appelle rayonnement le mode de propagation de l’énergie sous forme d’ondes (sonore, électromagnétique,…) ou de particules (protons, neutrons, neutrinos, électrons, positrons, particules , …). La distinction entre onde et particule n’étant toutefois pas forcément pertinente puisqu’en physique quantique tous les objets de l’univers microscopique présentent simultanément des propriétés d’ondes et de particules, c’est le principe de dualité onde-particule (voir chapitre 16).

I-3) Quelques sources de rayonnement radio, infrarouge (IR) et ultraviolet (UV)

Rayonnement

Ultraviolet

Infrarouge

Radio

vide

10 nm à 380 nm

750 nm à 1mm

Supérieures à 1mm

Exemples de sources dans l’Univers

-étoiles très chaudes

-nuages de gaz excités par des étoiles

Objets « froids » (température inférieure à 3000 K) : poussières interstellaires, planètes, astéroïdes, etc.

-hydrogène neutre des gaz interstellaires

-radiosources lointaines

-rayonnement fossile : rayonnement baignant tout l’Univers (résultat actuel du rayonnement thermique que l’Univers émettait au début de son évolution)

Exemples de sources dans la vie courante et utilisations

-Soleil

-Décharge électrique dans la vapeur de mercure : lampe UV (bronzage ; détection de faux billets,…)

-diodes infrarouges : télécommandes

-filaments de chauffage : chauffage électrique,…

Emetteurs radio : antennes de stations radios, téléphones portables, appareils Wi-Fi

N.B. Les objets célestes sont aussi susceptibles d’émettre dans d’autres domaines des OEM. Ils peuvent aussi émettre des particules (voir activité documentaire n°1)

I-4) Absorption par l’atmosphère des rayonnements et conséquences sur l’observation

L’atmosphère terrestre interagit avec les rayonnements (électromagnétiques ou cosmiques) qu’elle reçoit :

  • La lumière visible et la plupart des ondes radio sont peu ou pas absorbées par l’atmosphère. L’observation peut en être faite avec des télescopes terrestres.

  • Les rayons X, certains ultraviolets (UV-C) et les grandes ondes radios ne franchissent pas la haute atmosphère (ils sont absorbés), l’observation en est essentiellement faite avec des télescopes spatiaux

  • Les particules cosmiques interagissent avec les constituants de l’atmosphère. Des particules secondaires, tertiaires,… sont alors crées. Les plus abondantes au niveau de la mer sont les muons*.

*muons : particules de même charge que l’électron mais environ 200 fois plus massives.

  1. LES ONDES DANS LA MATIERE

Notions et contenus

Compétences exigibles

Les ondes dans la matière

Houle, ondes sismiques, ondes sonores. Magnitude d’un séisme sur l’échelle de Richter.

Extraire et exploiter des informations sur les manifestations des ondes mécaniques dans la matière

Extraire et exploiter des informations sur un dispositif de détection

II-1) Activité documentaire (à préparer à la maison)

Devoir à la maison n°1 : Activité documentaire n°2 du chapitre 2 §I-1

II-2) Manifestation des ondes mécaniques dans la matière

Voir § 2 page 27 de votre livre

N.B.

« La magnitude d'un tremblement de terre mesure l'énergie libérée au foyer d'un séisme. Plus le séisme a libéré d'énergie, plus la magnitude est élevée. Il s'agit d'une échelle logarithmique, c'est-à-dire qu'un accroissement de magnitude de 1 correspond à une multiplication par 30 de l'énergie et par 10 de l'amplitude du mouvement. Les médias grand public l'indiquent souvent sur l'échelle de Richter ou sur l'échelle ouverte de Richter. Ces terminologies sont impropres : l'échelle de Richter est une échelle dépassée et uniquement adaptée aux tremblements de terre californiens. Les magnitudes habituellement citées de nos jours sont en fait des magnitudes de moment (notées Mw). »

Encyclopédie Wikipédia

  1. DETECTEURS D’ONDES ET DE PARTICULES

Notions et contenus

Compétences exigibles

Détecteurs d’ondes (mécanique et électromagnétique) et de particules (photons, particules élémentaires ou non)

Pratiquer une démarche expérimentale mettant en œuvre un capteur ou un dispositif de détection.

III-1) Activité documentaire

Activité documentaire pages 22 et 23 de votre livre

III-2) Détecteurs d’ondes ou de particules




Ondes mécaniques

Ondes électromagnétiques

Particules

Exemples de détecteur

a) Sismographe

b) Haut parleur

-Télescope Hubble

-Radiotélescope Very Large Array

a)Compteur Geiger

b) Cellule photoélectrique

Principe de fonctionnement

a)

sismographe.jpeg

La masse en raison de son inertie, ne bouge pas, alors que le bâti de l’appareil, fixé au sol, accompagne certains mouvements du séisme.

b) transforme les vibrations des couches d’air en courant électrique variable grâce à une membrane couplée à une bobine se déplaçant autour d’un aimant.

Comportent une surface réceptrice (miroir, parabole) qui intercepte les rayonnements pour les concentrer et les diriger vers un détecteur spécifique. Le détecteur transforme les rayonnements reçus en grandeur physique mesurable (courant électrique par exemple)

a)Contient un tube rempli de gaz soumis à une tension électrique, le flux ionisant de particules  et  arrache des électrons aux molécules de gaz, le rendant conducteur et permettant ainsi la détection électrique

b) émission d’électrons et donc production d’un courant électrique mesurable par un matériau semi-conducteur soumis à de la lumière (photons)

III-3) Principe de lecture d’un code-barres

Voir activité expérimentale n°1

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