La lumière : ondes et photons | Physique-Chimie | Première spécialité
Dernière mise à jour : 16 juin 2026
Données : \(c=3{,}00\times10^{8}\) m/s ; \(h=6{,}63\times10^{-34}\) J·s ; \(1\ \text{eV}=1{,}6\times10^{-19}\) J ; \(1\ \text{nm}=10^{-9}\) m.
Classe ces lumières de la plus petite à la plus grande longueur d'onde, et indique le domaine (UV, visible ou IR) : (a) \(\lambda=250\) nm, (b) \(\lambda=500\) nm, (c) \(\lambda=1200\) nm.
Ordre croissant : (a) 250 nm → UV ; (b) 500 nm → visible ; (c) 1200 nm → IR.
Une LED bleue émet une lumière de longueur d'onde \(\lambda=470\) nm. Calcule sa fréquence \(f\).
\(f=\dfrac{c}{\lambda}=\dfrac{3{,}00\times10^{8}}{470\times10^{-9}}\approx6{,}4\times10^{14}\ \text{Hz}.\)
Un laser rouge émet à \(\lambda=633\) nm.
1. Calcule l'énergie \(E\) d'un photon en joules. 2. Convertis en eV.
1. \(E=\dfrac{hc}{\lambda}=\dfrac{6{,}63\times10^{-34}\times3{,}00\times10^{8}}{633\times10^{-9}}\approx3{,}14\times10^{-19}\ \text{J}.\) 2. \(E=\dfrac{3{,}14\times10^{-19}}{1{,}6\times10^{-19}}\approx1{,}96\ \text{eV}.\)
Un rayonnement UV a une longueur d'onde \(\lambda=280\) nm, un rayonnement visible \(\lambda=560\) nm.
1. Calcule l'énergie d'un photon dans chaque cas. 2. Lequel est le plus dangereux pour la peau ? Justifie.
1. UV : \(E=\dfrac{6{,}63\times10^{-34}\times3{,}00\times10^{8}}{280\times10^{-9}}\approx7{,}1\times10^{-19}\) J. Visible : \(E\approx3{,}55\times10^{-19}\) J. 2. Le photon UV (plus petite \(\lambda\)) est deux fois plus énergétique : il peut casser des liaisons et endommager la peau.
Un atome subit une transition libérant \(\Delta E=4{,}42\times10^{-19}\) J.
1. Calcule la longueur d'onde \(\lambda\) du photon émis. 2. À quel domaine appartient cette lumière ?
1. \(\lambda=\dfrac{hc}{\Delta E}=\dfrac{6{,}63\times10^{-34}\times3{,}00\times10^{8}}{4{,}42\times10^{-19}}\approx4{,}5\times10^{-7}\ \text{m}=450\) nm. 2. \(450\) nm : lumière visible (bleue).
La lumière d'une étoile contient une raie d'émission à \(\lambda=434\) nm, provenant d'une transition de l'atome d'hydrogène entre deux niveaux \(E_{\text{haut}}\) et \(E_{\text{bas}}\).
1. Calcule la fréquence \(f\) de cette raie. 2. Calcule l'énergie \(\Delta E\) du photon (en J puis en eV). 3. En déduire la différence d'énergie entre les deux niveaux atomiques. 4. Pourquoi observe-t-on des raies bien précises plutôt qu'un spectre continu ?
1. \(f=\dfrac{c}{\lambda}=\dfrac{3{,}00\times10^{8}}{434\times10^{-9}}\approx6{,}91\times10^{14}\ \text{Hz}.\)
2. \(\Delta E=hf=6{,}63\times10^{-34}\times6{,}91\times10^{14}\approx4{,}58\times10^{-19}\) J, soit \(\dfrac{4{,}58\times10^{-19}}{1{,}6\times10^{-19}}\approx2{,}86\) eV.
3. La différence d'énergie entre les deux niveaux vaut exactement \(\Delta E\approx4{,}58\times10^{-19}\) J (≈ 2,86 eV).
4. Parce que l'énergie de l'atome est quantifiée : seules certaines transitions sont possibles, donc seules certaines longueurs d'onde précises sont émises → des raies.