Chapitre 9 | Première Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Physique-Chimie | ⏱ 50 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, 13:00
Lucas est ébéniste dans un atelier de fabrication de meubles haut de gamme à Nantes. Au quotidien, il utilise plusieurs appareils qui émettent ou exploitent des ondes électromagnétiques, souvent sans le savoir.
| Appareil | Type d'onde | λ ou f | Usage |
|---|---|---|---|
| Télémètre laser | Lumière visible (rouge) | λ = 650 nm | Mesure de distances |
| Lampe UV de polymérisation | Ultraviolet | λ = 365 nm | Séchage de colle UV |
| Routeur Wi-Fi de l'atelier | Micro-ondes | f = 2,4 GHz | Connexion tablette / plans |
| Éclairage LED de l'atelier | Lumière visible (blanc) | λ = 450 à 620 nm | Éclairage du poste de travail |
| Détecteur IR (alarme) | Infrarouge | λ ≈ 10 000 nm | Détection de mouvement |
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (spectre EM), §2 (relation c = λ × f) et §3 (énergie et applications) de la leçon Ch09.
Parmi les 5 appareils de l'atelier de Lucas, classer les ondes par type en complétant le tableau :
| Domaine du spectre | Appareil(s) |
|---|---|
| Ultraviolet (UV) | … |
| Visible | … |
| Infrarouge (IR) | … |
| Micro-ondes | … |
| Domaine | Appareil(s) |
|---|---|
| Ultraviolet (UV) | Lampe UV de polymérisation (365 nm) |
| Visible | Télémètre laser (650 nm) et éclairage LED (450-620 nm) |
| Infrarouge (IR) | Détecteur IR (10 000 nm) |
| Micro-ondes | Routeur Wi-Fi (2,4 GHz) |
Calculer la fréquence de l'onde émise par le télémètre laser (λ = 650 nm).
Rappel : f = c / λ. Attention : convertir λ en mètres avant de calculer.
Conversion : λ = 650 nm = 650 × 10⁻⁹ m = 6,50 × 10⁻⁷ m.
f = c / λ = (3 × 10⁸) / (6,50 × 10⁻⁷) = 4,62 × 10¹⁴ Hz.
Soit environ 462 THz (térahertz).
Calculer la longueur d'onde de l'onde Wi-Fi (f = 2,4 GHz).
Conversion : f = 2,4 GHz = 2,4 × 10⁹ Hz.
λ = c / f = (3 × 10⁸) / (2,4 × 10⁹) = 0,125 m = 12,5 cm.
L'onde Wi-Fi a une longueur d'onde de 12,5 cm. C'est bien une micro-onde (entre 1 mm et 30 cm).
Comparer les longueurs d'onde des 5 appareils.
a) Classer les appareils par longueur d'onde croissante.
b) Quel lien entre longueur d'onde et fréquence ? Quand l'une augmente, que fait l'autre ?
a) Du plus petit au plus grand λ :
b) D'après c = λ × f, la longueur d'onde et la fréquence sont inversement proportionnelles : quand λ augmente, f diminue (et inversement). La vitesse c est constante.
La lampe UV est utilisée pour le séchage rapide de colle. La colle UV contient des photo-initiateurs qui réagissent sous UV.
a) Pourquoi utiliser des UV et pas de la lumière visible pour faire durcir la colle ?
b) λ = 365 nm est-il visible à l'œil nu ? Justifier.
c) Quelles précautions Lucas doit-il prendre lorsqu'il utilise la lampe UV ?
a) Les rayons UV sont plus énergétiques que la lumière visible (fréquence plus élevée, longueur d'onde plus courte). Cette énergie supplémentaire est nécessaire pour déclencher la réaction chimique de polymérisation. La lumière visible n'a pas assez d'énergie pour activer les photo-initiateurs.
b) Non, λ = 365 nm n'est pas visible. Le visible va de 400 nm à 800 nm, et 365 < 400 → ultraviolet.
c) Précautions :
Vérification : toutes les ondes EM se propagent à c = 3 × 10⁸ m/s dans le vide.
a) Vérifier ce résultat pour le télémètre : calculer c = λ × f avec λ = 650 nm et f trouvée en Q2.
b) Le télémètre affiche 4,20 m après envoi d'un faisceau laser sur un mur. Combien de temps le faisceau a-t-il mis pour faire l'aller-retour ?
a) c = λ × f = (6,50 × 10⁻⁷) × (4,62 × 10¹⁴) = 3,0 × 10⁸ m/s ✓.
b) Aller-retour : d = 2 × 4,20 = 8,40 m.
t = d / c = 8,40 / (3 × 10⁸) = 2,8 × 10⁻⁸ s = 28 ns (28 nanosecondes).
Le faisceau met 28 milliardièmes de seconde — imperceptible pour l'utilisateur.
Rédiger un paragraphe (5-6 phrases) résumant les différentes applications des ondes EM dans l'atelier de Lucas. Pour chaque type d'onde, préciser son utilité.
Dans l'atelier d'ébénisterie de Lucas, les ondes EM sont partout. Le télémètre laser utilise la lumière visible rouge pour mesurer précisément les distances grâce à la vitesse constante de la lumière. L'éclairage LED produit de la lumière visible blanche pour éclairer le poste de travail.
La lampe UV émet des rayons ultraviolets, plus énergétiques que la lumière visible, pour faire durcir rapidement les colles spéciales. Le routeur Wi-Fi émet des micro-ondes qui permettent de connecter la tablette pour consulter les plans numériques. Enfin, le détecteur IR de l'alarme repère la chaleur émise par les corps humains pour sécuriser l'atelier.
Toutes ces ondes se propagent à c ≈ 3 × 10⁸ m/s mais diffèrent par leur longueur d'onde et leur fréquence.
Pourquoi peut-on lire un texte à travers un verre transparent mais pas à travers du bois, alors que les deux laissent passer la lumière infrarouge (chaleur) du soleil ?
L'opacité ou la transparence d'un matériau dépend de la longueur d'onde :
| Matériau | Visible | IR proche (1 µm) | IR lointain (10 µm) | UV (365 nm) |
|---|---|---|---|---|
| Verre standard | ✅ transparent | ✅ transparent | ❌ absorbe | ❌ absorbe |
| Bois | ❌ opaque | ❌ opaque | ❌ opaque | ❌ opaque |
| Verre quartz | ✅ transparent | ✅ transparent | ✅ transparent | ✅ transparent |
| Eau pure | ✅ transparente | partiellement | ❌ absorbe | partiellement |
Implications pratiques en agencement :
Pour Lucas : c'est aussi pourquoi il faut un verre quartz spécial pour les lampes UV. Un verre standard renverrait toute l'énergie UV au lieu de la transmettre vers la colle.