Le rayonnement électromagnétique (rayonnement EM) est tout autour de vous; c'est fondamental non seulement pour votre compréhension de la physique, mais aussi pour votre survie même. Sans le rayonnement du soleil, par exemple, la Terre ne pourrait pas soutenir la vie.
Ce que les scientifiques de la NASA et leurs proches en sont venus à appeler rayonnement électromagnétique peut être décrit en termes physiques comme une onde. Les ondes électromagnétiques sont unies par quelques caractéristiques importantes, mais leur impact pratique sur le monde varie de la capacité de cuire rapidement des aliments à la transmission rapide d'informations sur d'énormes distances.
Les longueurs d'onde plus courtes sont associées à des fréquences plus élevées et à une énergie élevée, tandis que les fréquences plus élevées se situent sur une portion de longueur d'onde courte du spectre avec des longueurs d'onde plus longues. Le spectre visible relativement étroit offre à l'œil humain, et donc à l'esprit humain intuitif, une image beaucoup plus petite de la réalité totale que ce qui se passe réellement tout le temps.
Que sont les ondes électromagnétiques ?
Unonde électromagnétiqueconsiste en une onde de champ électrique oscillant dans un plan perpendiculaire (à angle droit) à une onde de champ magnétique. Étant donné que le rayonnement électromagnétique agit comme une onde, alors toute onde électromagnétique particulière aura unla fréquence (F; parfois désigné parνà la place) etlongueur d'onde λ(la lettre grecque lambda) qui lui est associée.
Cependant, les ondes électromagnétiques ne nécessitent pas de support physique tel que l'air (l'atmosphère terrestre est chargée de gaz et n'est pas simplement "espace") ou de l'eau à travers laquelle se propager, et peut donc traverser le vide de l'espace vide - ce qu'ils font à la vitesse de la lumièrec, qui est 3 × 108 m/s, soit environ 6 000 milliards de milles à l'heure. Peut-être inutile de dire que c'est la vitesse la plus rapide de l'univers !
Le spectre électromagnétique
Les ondes électromagnétiques peuvent avoir différentes longueurs d'onde et différentes fréquences, tant quele produit de la longueur d'onde et de la fréquence d'une onde donnée est égal à la vitesse de la lumière(c'est-à-dire f = c). Pensez à une équipe de lutteurs de la même catégorie de poids étroite; certains seront plus grands et plus maigres, d'autres plus courts et plus compacts, mais par définition tous ont une masse très proche malgré des apparences très différentes.
La gamme de longueurs d'onde à travers le spectre EM est divisée en un certain nombre de types de rayonnement électromagnétique. Dans l'ordre de la fréquence la plus basse (énergie la plus élevée, longueur d'onde la plus longue) à la fréquence la plus élevée (énergie la plus basse, longueur d'onde la plus courte), ces types de rayonnement sont :
- Les ondes radio:Ces ondes, qui permettaient d'écouter des « émissions » bien avant Internet, ont
valeurs commençant à environ 1 m et s'étendant au-delà de 108 m (100 millions de m). Micro-ondes :Les fours à micro-ondes sont la manifestation technologique la plus évidente de ce type de rayonnement, qui couvre le spectre de longueurs d'onde d'environ 10-3 m (1 millimètre ou mm) à 1 m. Rayonnement infrarouge:La lumière infrarouge se situe entre 7 × 10-7 m (700 nanomètres, ou nm) et 1 mm, et est collecté par un équipement optique et mis à profit visuellement dans des lunettes de « vision nocturne ». *Lumière visible:Le spectre visible de la lumière existe dans une bande étroite entre environ 4
× 10-7 m et 7
× 10-7 m (400 nm et 700 nm). Du plus bas au plus hauténergie, et donc du plus long au plus courtlongueur d'onde,l'ordre spectral des couleurs visibles peut être mémorisé par"Roy G. Biv": rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Rayonnement ultraviolet :Lumière ultraviolette (10-8 m à 4 × 10-7 m, ou 10 nm à 400 nm) est utilisé dans les lits de bronzage et est émis par le soleil; c'est le genre d'énergie électromagnétique qui provoque des coups de soleil et probablement des cancers de la peau.
Rayons X :Ce rayonnement de plus haute énergie (10-11 à 10-8 m, ou 0,01 à 10 nm) est utilisé dans le diagnostic; des expositions importantes peuvent être dangereuses pour la santé. *Rayons gamma :L'EM à la plus haute énergie se trouve dans l'espace extra-atmosphérique; ce rayonnement a des longueurs d'onde inférieures à 1/100e de nanomètre. L'atmosphère en filtre heureusement la plupart.
Exemple de problème de spectre électromagnétique
Vous vous réveillez sur une planète où la vitesse de la lumière est de 60 mètres par seconde, mais les lois physiques sont en général les mêmes que sur Terre. Si les longueurs d'onde de la lumière bleue et de la lumière rouge sur cette planète sont respectivement de 5 cm et 10 cm, le jaune se situant exactement entre elles dans le spectre, quel est lela fréquencede lumière jaune ici?
La longueur d'onde λ de la lumière jaune sur cette planète doit être la moitié de la distance entre 5 et 10 cm, soit 7,5 cm. Puisque λf = c = 300 m/s,
f=\frac{60}{0.075}=800\text{ cycles par seconde}
- Cycles par seconde a son propreunité dérivéeen physique, le hertz (Hz).