Chapitre : ondes et particules - physique-chimie pour les Terminales S

Laurent

Description

Ce document comporte les trois principales parties du chapitre Ondes et particules de physique-chimie pour les élèves de terminale S. Vous y retrouverez donc tout le cours sur les rayonnements dans l'Univers, les ondes dans la matière, et les détecteurs d'ondes et de particules.

Sujets

• Physique-chimie
• Chimie générale
• Physique
• cours

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Extrait

 Terminale S–Partie a : Observer : Ondes et matière. Chapitre 1 : Ondes et particules.

 I.Rayonnements dans l’Univers 1.edr ec sosrueL sdansnts nemeayon.srevinU’l  Connaître des sources de rayonnement radio, infrarouge et ultraviolet.  Le rayonnement est un transfert d’ énergie sous forme d’ ondes et de faisceauxde particules. Il est présent partout dans notre environnement. Le rayonnement peut être décrit par les effets qu’ il a sur la matière environnante. En règle générale, il existe deux catégories de rayonnement : lerayonnement ionisant: ce rayonnementd’ énergie pour éjecter les électrons depossèdent suffisamment leur orbite autour des atomes (atome seul ou dans une molécule). Le rayonnement peut-être de sources naturelles, comme les rayons cosmiques, ou de sources artificielles, comme les centrales nucléaires et les appareils à rayons X lerayonnement non ionisant: ce rayonnement est de faible énergie comme les ondes radio, les rayons ultraviolets, les micro-ondes et le rayonnement solaire. Il nedégage pas suffisamment d’ énergie pour ioniser les atomes ou les molécules. Chaque jour, les êtres humains utilisent des sources de rayonnement non ionisant ou y sont exposés. Les fours à micro-ondes, les GPS, la radio FM et AM, les interphones pour bébés, les téléphones sans fil, les dispositifs d’ ouverturede portes de utilisent tous un rayonnement non ionisant. Parmi les autres formes de rayonnement non ionisant figurent le champ magnétique terrestre, ainsi que le champ magnétique à proximité des lignes de tra

 Extrait du site canadien :http://nuclearsafety.gc.ca/fr/readingroom/radiation/index.cfm  Le spectre électromagnétique est l'ensemble de tous les rayonnements que l'univers émet, allant des rayons gamma aux ondes radios. Le spectre est constitué de ce rayonnement à différentes longueurs d'ondes. Dans l'ordre : rayons gamma, rayons X, ultraviolet, l

L’ essentiel: Rayonnement sources

radio Radar, téléphone portable, four micro- ondes, antenne, WiFi

infrarouge Etres vivants, corps chauffés, étoile froide

visible 

Extrait du site :astronoo  UV Rayon X, Soleil, lampe UV, étoile chaude

 Terminale S–Partie a : Observer : Ondes et matière. 2.soAb.psomerèhpar l’atnements ser yanopritnod  plexteoireait  ertxEde rion nemeayonap rtn somps’ltains der ioatrmfol rus sntprosba’rehèer tstre erees t s conséquences sur l’observation des sources de rayonnements dans l’Univers.  Avant que le rayonnement utilisé pour la télédétection n'atteigne la surface de la Terre, celui-ci doit traverser unecertaine épaisseur d'atmosphère. Les particules et les gaz dans l'atmosphère peuvent dévier ou bloquer le rayonnement incident. Ces effets sont causés par les mécanismes dediffusionet d'absorption.  Ladiffusionse produit lors de l'interaction entre le rayonnement incident et les particules ou les grosses molécules de gaz présentes dans l'atmosphère. Les particules dévient le rayonnement de sa trajectoire initiale. Le niveau de diffusion dépend de plusieurs facteurs comme la longueur d'onde, la densité de particules et de molécules, et l'épaisseur de l'atmosphère que le rayonnement doit franchir.  Le rayonnement électromagnétique interagit aussi avec l'atmosphère : c'est l'absorption. L'absorption survient lorsque les grosses molécules de l'atmosphère (ozone, dioxyde de carbone et vapeur d'eau) absorbent l'énergie de diverses longueurs d'onde. L'ozone absorbe les rayons ultraviolets qui sont néfastes aux êtres vivants. Sans cette couche de protection dans l'atmosphère, notre peau brûlerait lorsqu'elle est exposée au Soleil. Le dioxyde de carbone, qui est un gaz qui contribue à l'effet de serre, absorbe beaucoup de rayonnement dans la portion infrarouge thermique du spectre et emprisonne la chaleur dans l'atmosphère. La vapeur d'eau dans l'atmosphère absorbe une bonne partie du rayonnement infrarouge de grandes longueurs d'onde et des hyperfréquences de petites longueurs d'onde qui entrent dans l'atmosphère (entre 22µm et 1 m). La présence d'eau dans la partie inférieure de l'atmosphère varie grandement d'un endroit à l'autre et d'un moment à l'autre de l'année. Par exemple, une masse d'air au-dessus d'un désert contient très peu de vapeur d'eau pouvant absorber de l'énergie, tandis qu'une masse d'air au-dessus des tropiques

 Parce que ces gaz et ces particules absorbent l'énergie électromagnétique dans des régions spécifiques du spectre, ils influencent le choix de longueurs d'onde utilisées en télédétection. Les régions du spectre qui ne sont pas influencées de façon importante par l'absorption atmosphérique, et qui sont donc utiles pour la télédétection, sont appelées les fenêtres atmosphériques. En comparant les caractéristiques des deux sources d'énergie les plus communes (le Soleil et la Terre) avec les fenêtres atmosphériques disponibles, nous pouvons identifier leslongueurs d'onde les plus utiles pour la télédétection. La portion visible du spectre correspond à une fenêtre et au niveau maximal d'énergie solaire. Notez aussi que l'énergie thermique émise par la Terre correspond à une fenêtre située à près de 10 mm dans la partie de l'infrarouge thermique du spectre. Dans la partie des hyperfréquences, il existe une grande fenêtre qui correspond aux longueurs d'onde de plus de 1 mm.  Extrait du site :n/iondfodelectteuqihet/eoeg-parg612menest1/.rww/w:/tphtmitee/literrces-icneacs/g..ccnna            

 Terminale S–Partie a : Observer : Ondes et matière. II.Les ondes dans la matière 1.xEmelpseetdéfinitionsselrus.sedno Quels sont les points communs ?

 Les 4 images correspondent à des ondes :Une onde est une perturbation qui se propage.  Quelle différence entre onde mécanique et onde électromagnétique ?  milieu Transport de cause matière  La vague se Onde mécanique eau non Goutte  propage 

son

lumière

radio

Vent

Onde mécanique air

Onde Air, vide électromagnétique (lumineuse)

Onde Air, vide électromagnétique

Pas une onde air

non

non

non

oui

Mouvement HP

Phénomène électrique

Phénomène électrique



 Mouvement Onde mécanique corde non Main corde   Une onde électromagnétique peut se propager dans le vide, contrairement aux ondes mécaniques qui ne se propagent que dans la matière.  Une onde est dite mécanique si la propagation de la perturbation nécessite un milieu de propagation ; Une onde mécanique est la propagation d’ une perturbation sans transport de matièremais avec énergie.  Une onde est transversale si la direction du mouvement des éléments du milieu de propagation est orthogonale à la direction de propagation. Exemple de l’ eau corde, surface: la  

 Terminale S–Partie a : Observer : Ondes et matière. Une onde est longitudinale si la direction du mouvement des éléments du milieu de propagation est parallèle à la direction de propagation.

Exemple : le ressort, le son  2.Lessesodnuqsesiim Extraire et exploiter des informations sur les manifestations des ondes mécaniques dans la matière.  Les tremblements de Terre sont à l'origine de la création d'ondes sismiques, enregistrées à l'aide sismographes. Ces ondes sismiques sont des ondes élastiques. Elles se propagent dans toutes les directions.  On distingue les ondes de volume qui traversent la Terre et les ondes de surface qui se propagent parallèlement à sa surface. Elles se succèdent et se superposent sur les enregistrements des sismographes.  Les ondes de volume Elles se propagent à l'intérieur du globe suivant des lois proches de celles de l'optique géométrique. Leur vitesse de propagation dépend du matériau traversé et d'une manière générale elle augmente avec le profondeur. On distingue :Les ondes P ou ondes primairesappelées aussi ondes de compression ou ondes longitudinales se propagent dans tous les milieux Le déplacement du sol qui accompagne leur passage se fait par dilatation et compression successives, parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Elles sont responsables du grondement sourd que l'on peut entendre au début d'un tremblement de terre. Ce sont les plus rapides (6km.s-1 près de la surface) et sont enregistrées en premier sur un sismogramme, d'où leur nom.  Les ondes S ou ondes secondairesappelées aussi ondes de cisaillement ou ondes transversales. A leur passage, les mouvements du sols’ effectuentperpendiculairement au sens de propagation de l'onde. La différence de vitesse des ondes P et S explique la différence des temps d'arrivée des ondes P et S. On peut, 

 Les ondes de surface Ce sont des ondes guidées par la surface de la Terre. Elles sont moins rapides que les ondes de volume mais leur amplitude est généralement plus forte et elles concentrent le maximum d'énergie.  La mesure de la magnitude fut développée en 1935 parCharles Francis Richterpour classer les séismes. Lamagnitude d'un tremblement de terremesure l'énergie libérée au foyer d'unséisme. Plus le séisme a libéré d'énergie, plus la magnitude est élevée. Il s'agit d'uneéchelle 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. L'échelle étant lelogarithmed'une amplitude, elle est ouverte et sans limite supérieure.  



 Terminale S–Partie a : Observer : Ondes et matière. 3.esndoesL.rosesno Connaître et exploiter la relation liant le niveau d’intensité sono a. Définition. La perturbation dans le cas des ondes sonores, est une suite de compressions et de dilatations de l’ air qui se propage de la source (un haut parleur par exemple) vers le récepteur(l’ oreille par exemple).  Une onde sonore nécessite un milieu matériel pour se prop  b. Domaine de fréquences audibles

0Hz<f≤20Hz20Hz<f≤20kHz f>20kHz L’ oreille humaine est sensible aux sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz. En dehors de cet intervalle de fréquence, le son est inaudible.  c.Sensibilité de l’ oreille Pour que l’ oreille perçoive un son dans le domaine audible, l’ intensité sonore I doit êtretelle que : -12 10 W / m² < I < (1 à 100) W / m²  La borne supérieure de l’ intensité sonore correspond à une destruction de l’ oreille. Le niveau sonore L est lié àl’ intensité sonoreI par une échelle logarithmique : 

 [ L ] = décibel acoustique dB A  -12 où I 0 = 10W / m² (l’ intensité de référence) est considéré comme la limite de sensibilité de l’ oreille.  Cette notion physiologique quantifie la sensation sonore le l’ intensité sonore est multipliée par 2,: lorsque niveau sonore est augmenté de 3 dB A . La valeur de 90 dB A est considérée comme le seuil de danger. Une exposition prolongée à des niveaux sonores supérieurs entraîne des dégradations irréversibles de l’ audition.  III. etDétecteurs d’ondes de particules Extraire et exploiter des informations sursources d’ondes et de particules et leurs utilisationsdes , un dispositif de détection. Pratiquerune démarche expérimentale mettant en œuvre un capteur ou un dispositif de détection.  1.Dtéru sceetdes.d’on Le détecteurd’ ondes électromagnétiquesest lié au domaine étudié. L’ œil détecte les ondes lumineuse, une antenne détecte des ondes hertziennes, un capteur CCD des ondes visibles et IR. Détecteur d’ ondes mécaniques: On utilise un sismomètre sensible soit à un mouvement vertical, soit à un mouvement horizontal. Le sismomètre peut-être un simple oscillateur (ressort+masse) ou un système composé d’ unaimantet d’ une bobine, créant un courant induit.  2.srupedtéDetces.tiarlecu Un détecteur de particule permet de visualiser la trajectoire de la particule : chambre à brouillard. Un détecteur de radioactivité détecte les particules émises lors de désintégration radioactive (copteur Geiger).