la lumiÈre théories et lois élaborées au cours des siècles

Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La LUMIRE Thories et Loislabores au coursdes sicles

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Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Vers 1625tudient la rfraction de la lumire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de LyonLorsquun rayon incident arrive surlinterface de deux milieux transparentsavec un angle dincidence i1r = i1lois de Snell-Descartes sur la rfraction de la lumire un rayon transmisavec un angle de rfraction i21re loi :2me loi :le rapport dpend des deux milieux spars par le dioptre.Il se divise en deuxmilieu 1milieu 2i1i2 La loi de la rfraction avait dj t mentionne en 985 par le mathmaticien persan Ibn Sahl


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Si i1 = 0i2 = 0Le rayon lumineux nest pas dviSi i1 = 90i2 i1 Le rayon lumineux est dviPour une toile situe au znithles rayons lumineuxentrant dans latmosphre terrestrene sont pas dvisPour une toile situ au raz de lhorizonles rayons lumineuxentrant dans latmosphre terrestresont dvis denviron 0,5


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1665met en vidence la diffraction de la lumire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Lorsquun faisceau de lumire rase les bords dun corps opaque(petit trou perc dans un cran, cheveux, plumes d'oiseaux etc.)on observe dans le contour de lombre de lobjet sur un crandes franges irisesen dehors du trajet gomtrique normal.Diffraction par un trou circulaireDiffraction par une pupille triangulaireLimage dune toile, source lumineuse ponctuelle,fournie par un instrument nest jamais un point, mais une petite tache appele tche dAiry


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Grimaldi appelle ce phnomne :diffraction.Pour linterprter, il suggre, dans un trait publi en 1665, la lumire est un fluide en mouvement ondulatoire rapide


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1666 Thorie de la couleurbase sur la dcomposition de la lumire blancheIsaac Newton(1642-1727)


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon* rayons du Soleilentrant dans unechambre obscurepar un orificecirculairetrace laissesur un carton blancpar la lumire du Soleiltrace laissesur un carton blancpar la lumireayant traverse le prismeNewton tudie dabord le passage des rayons du Soleil travers un prisme de verrela lumire blanche du Soleilest disperse en un faisceau de rayons colorsLes rayons sont dvisvers la base du prismeet


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Limage d'un objet blanc est floue et ses contours sont iriss.Dans le cas dune lentille, la dispersion de la lumire produit uneLa distance focale est variable suivant les couleurs.aberration chromatiqueLa mise au point ne peut tre effectue simultanmentpour toutes les couleurs du spectre.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*dans une lunette astronomique, telle que celle de Galile (1609),les images sont entache daberrations chromatiquesNewton contourna le problme en construisant en 1668un tlescope rflexion par miroir concaveConsquence : (amlioration dun modle prsent en 1660 par James Gregory)


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Est-ce le verre du prisme qui colore le faisceau de lumireou est-ce la lumire qui contient en elle-mme la couleur ?De 1670 1672, Newton tudiela dcomposition et recomposition de la lumire blanche


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Exprience


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La lumire blanche contient en elle-mme les couleurs de larc-en-cielExprience


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Dans un volumineux ouvrage en trois tomes "Opticks publi en 1704,Newton crit :la lumire blanche que lon voitest en ralitun mlange d'une infinit de couleurs pures.chaque lumire "pure" a un degr de rfrangibilit spcifique.cest--dire que le changement de direction quprouve une lumireen passant dun milieu dans un autre, dpend de sa couleur .et


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Cette thorie explique simplementles phnomnes de rflexion, mais ne permet pas dinterprter les phnomnesde rfraction travers un prisme ou encore de diffraction.Newton chercha expliquer ses observations exprimentalespar une thorie corpusculaire de la lumire :flux de petites particules se propageant en ligne droite une vitesse finieCette thorie ne fut cependant abandonne qu'un sicle plus tard.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*(1625-1698)1670Dcouverte de la birfringencedu spath dIslandeImage ordinaireImage extraordinaireSi lon fait tourner le cristallimage ordinaire reste fixe tandis quelimage extraordinaire tourne et disparaitLa birfringence ne sera explique que plus tard,par la thorie ondulatoire de la lumire ( Huygens en 1678 et Fresnel en 1815 )


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1676montre quela lumire se dplace avec une vitesse finie


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Rmer observe depuis l'Observatoire de Parisles satellites de Jupiter dcouverts par Galile en 1610En multipliant les observationssur la dure d'une anneil constate quela priode mesurede rotation de IO autour de Jupiterdpend de la position de la Terresur sa trajectoire autour du Soleil.Rmer comprit alors qu'il fallait tenir comptedu temps de parcours de la lumire pour aller de Io la Terre.L'ide d'une vitesse finie pour la lumire tait dfinitivement acquiseMais Rmer ne donne aucune valeur numrique pour la vitesse de la lumire.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1725James Bradley(1693-1762)Dcouvre laberration de la lumireet confirme que la vitesse de la lumire est finie


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Bradley cherchait dterminer les distances des toiles par la mthode des parallaxes.Au bout d'une anne,les positions successives de ltoile,observe depuis la Terre,forment une petite ellipse dont le grand axe est parallle au plan de l'cliptiqueet mesure 41". Bradley dcouvrit le phnomne en 1725 mais il lui fallut prs de deux ans avant de le comprendre et de le publierIl observa nuit aprs nuit ltoile Draconis dans la constellation du Dragon,proche du znith.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Pour toutes les toiles, il constate que le grand axe de l'ellipseest toujours parallle au plan de l'cliptique et mesure 41". positions apparentes dans le cielde trois toiles de mme longitude cliptique 270 et de latitudes cliptiques respectives : 90, 45 et 0Ce nest donc pasun effet de parallaxemais un phnomne li au dplacement annuel de la Terre. Le phnomne ne dpend pas de la distance de l'toile la Terremais seulement de son angle par rapport lcliptiqueDe 1725 1727, Bradley observe plusieurs autres toiles


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Bradley explique le phnomne parla combinaisonde la vitesse de la lumire avec celle de la Terre. Il dcouvre ainsi :laberration de la lumirela direction apparente d'une source lumineusedpend de la vitesse de celui qui l'observeLaberration observe avec les toiles montre queLa Terre est en mouvement par rapport aux toilesLa vitesse de la lumire est finieetBradley valua que la vitesse de la lumire valait 10188 fois celle de la TerreMais la vitesse de dplacement de la Terre n'est pas connue cette poque


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*XVII me sicleLoi sur la rfractionDcomposition de la lumire blancheHypothse sur la thorie ondulatoireXVIII me sicleAberration de la lumire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*William Herschell(1738-1822)1800Dcouvre le rayonnement infrarougemis par le Soleil


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Herschel place un thermomtre mercuredans les diffrentes bandes du spectre obtenu par un prisme de verreafin de mesurer la chaleur propre chaque couleur.Sur une table o se projette le spectre solaire : trois thermomtres. et sont utiliss comme talonspour mesurer les variations de la temprature ambiante est utiliser pour mesurer l'lvation de temprature dans chacune des bandes colores du spectre.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*la temprature continue augmenter alors que le thermomtre est en dehors du spectre visible du ct de la couleur rouge.Le Soleil met donc un rayonnement au-del du rougeCe rayonnement est appelInfra RougeHerschell a montr quun rayon caloriquepeut tre rflchi, dvi par un prisme comme un rayon de lumire visible.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Un tlescope spatial,lanc le 14 mai 2009,depuis Kourou, par un lanceur Ariane,a t baptis HerschelLe rayonnement I.R. des toiles est difficilement observable au solcar il est absorb par la vapeur deau de latmosphre terrestre.Il permettra den savoir plus sur la naissance des toiles, l'volution des galaxies ainsi que sur les nuages de gaz et de poussires o naissent les toiles, les disques protoplantaires et les molcules organiques complexes dans la chevelure des comtes.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1801tudie les franges dinterfrence obtenues avecdeux faisceaux de lumire issus d'une mme sourceet relance la thorie ondulatoire de la lumire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyonet produit sur un cran loign des franges dinterfrencedans la zone de recouvrement des faisceaux.Young fait passer un faisceau de lumire monochromatique travers deux fentes parallles.La lumire est diffracte au passage des fentesLa lumire se propage par ondes.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1802William Wollaston (1766-1828)observe pour la premire foisdes raies sombres dans le spectre solaire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Il remarque 7 raies sombressur le fond continu du spectre du Soleil.Mais il ne les tudie pas systmatiquementet nmet pas d'hypothses sur leurs origines.Wollaston invente un rfractomtre (prisme + goniomtre)pour mesurer des indices de rfraction


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1809 - 1810tienne Malus(1775-1812)Et thorie de la double rfraction de la lumiredans un cristalDcouverte la polarisation de la lumire par rflexion


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1814Joseph von Fraunhofer(1787-1826)Invente le spectroscope et les rseaux optiquestudie les raies obscures du spectre solaire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*le premier spectroscope


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Deux vis pas trs fin(< 0,01mm) Un fil mtallique trs finbobin filet par filet Fraunhofer fabrique le premier rseau optique de diffractionconstitu de fils de fer tendus sur deux visIl se sert de ces rseaux pour tudier le spectre solaire.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*carte du spectre solaire, dessine par Fraunhofer.354 raies obscures fixes les unes par rapport aux autres Fraunhofer dcouvre:Comment peut-on interprter la prsence de ces raies ? Cette dcouverte marque la naissance de la spectroscopie stellaire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1815et fait triompher la thorie ondulatoireEffectue des mesures prcisessur les figures d'interfrences et de diffraction


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Une onde est un phnomne priodique qui se propageLa distance parcourue par londe au cours dune priode Tavec une vitesse Vest appele longueur donde frquencede la radiation


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Milieu (1)Milieu (2)La vitesse V de propagation de londedpend des grandeurs physiques du milieuLa lumire se dplace moins vite dans leau que dans lairIndice relatif du milieu (2) par rapport au milieu (1)


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La direction de propagation de londe, perpendiculaire sa surface,est dvie lors de son passage dun milieu un autre milieuLa lumire des toiles subit la rfraction quand elle traverse latmosphre terrestre. Ceci est la 2me loi de Snell-Descartes sur la rfractionMilieu (1)Milieu (2)i2 i1


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Langle de dviation dpend de la couleur du rayon lumineuxQuand des rayons de lumire blanche pntrent dans le verre, les rayons bleus sont plus dvis que les rayons rougesla lumire blanche estun mlanged'une infinit de couleurs pures.airverre(sin i2 )bleu (sin i2 )rougeDans un prisme,la lumire franchit deux dioptres,ce qui augmente la dispersion des couleurs.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Dans les expriences dinterfrence lcartement des frangesvarie en fonction de la couleur de la lumire.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La couleur dune lumire est associe sa longueur donde Linterfrange dpend de la distance D cran-fentesde l cart a des deux fenteset de la longueur donde de la lumireaLa mesure de linterfrangepermet de connatre la longueur donde dune lumire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*en 1818 Fresnel dpose un mmoire o se trouvechaque point P d'une surface d'onde se comporte comme une source ensuite les ondelettes sphriques mises par ces sources secondaires interfrentrfraction d'ondediffraction d'ondele principe d'Huygens-Fresnel


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Le rayon du 1er zro (cercle sombre) est li la longueur d'onde et l'ouverture numrique d du dispositif:Lors du passage de la lumire travers un trou, plus la taille du trou diminue, plus l'effet de la diffraction est visible.La figure de diffraction observe rsulte de l'interfrence des ondes mises par l'ensemble des sources secondairesDans le cas particulierd'un trou parfaitement circulaire,la figure de diffraction, appele tache d'Airy,prsente un disque central, et des cerclesconcentriques de plus en plus attnus.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Si deux dtails d'un objet sont trop proches,les taches de diffraction se chevauchent et il devient impossible d'obtenir des images spares de ces dtails.Afin d'obtenir une meilleure rsolution, on utilise des tlescopes de plus grand diamtreou on utilise linterfromtrie entre des tlescopes distants.Pour un tlescope de 10 mtres de diamtre, le pouvoir de rsolution thorique est d'environ 0,015 seconde dans la bande visible du spectre, mais il ne peut tre atteint en raison de la turbulence atmosphrique qui floute les images.La diffraction limite le pouvoir de rsolution des instruments optiques.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*sin = n.k.Les ondes mergeantes interfrent entre ellesLes ondes incidentes sontdiffractes par le rseauElles donnent un maximum de lumire dans plusieurs directions telles que :Le principe d'Huygens-Fresnel expliquele fonctionnement des rseaux de diffractionavec n = 1/a, nombre de traits par unit de longueurou


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Si la lumire incidente est blanche, elle contient toutes les couleursrouge = 0,8 mviolet = 0,4 mLa lumire blanche est disperserouge violetUn rseau donne plusieurs spectres dordre diffrentssin = n.k.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Avec Arago, il dmontra exprimentalementque la vibration lumineuse qu'il avait suppose longitudinale,tait en ralit transversale. De 1820 1823, Fresnel s'intressa la polarisation de la lumire.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*18481842Christian Doppler(1803-1853)Hippolyte Fizeau(1819-1896)dcouvre le dcalage de frquence d'une onde lorsquela source et le rcepteur sont en mouvement l'un par rapport l'autre


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Observateur (1)Dplacement relatif de la source par rapport lobservateurObservateur (2)la priode du son reupar lobservateur (2)est plus grande quecelle du son mis par la sourcela priode du son reupar lobservateur (1)est plus petite quecelle du son mis par la sourceLe son parat plus graveLe son parat plus aigu


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Fizeau prdit le dcalage de frquence des ondesissues dune source de lumireLe dcalage rel de la frquence lumineuse tait trop faible pour pouvoir tre dtect l'poqueV : vitesse de la sourcec : vitesse de la lumireLe dcalage se produitsoit vers le rouge, si la source sloigne,soit vers le bleu, si elle se rapproche.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*18491850Hippolyte Fizeau(1819-1896)Lon Foucault(1819-1868) ralisent les premires mesures terrestresde la vitesse de la lumire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*En 1849 Fizeau obtient la premire mesure terrestre de la vitesse de la lumire par la mthode de la roue denteentre Suresnes-Montmartre-Suresnes (environ 17 km). S2 2e miroir BlobservateurLsource de lumireS1miroir semi rflchissantZ, roue dente720 dents et 720 chancruresQuand les rayons lumineux reviennent sur la roue dente,celle-ci, entretemps, a lgrement tourn: la lumire rflchie peut tomber sur une dent et donc tre bloque.Le rsultat de 28 observations donnrent pour la vitesse de la lumire :70 948 lieues de 25 au degr, soit 315 300 kilomtres par seconde


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*En 1862, un nouveau progrs est fait par Foucault avec un dispositif miroir tournant, qui lui permet doprer sans sortir du laboratoireIl montre que la lumire se dplacemoins vite dans leau que dans lairen accord avec la thorie des ondulations.En 1862, il trouve la valeur de 298000km/s.horloge, entranantla roue dente,permettait d'ajusterla vitessedu miroir tournant.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*ngstrm(1814 1874) Astronomeet physicien sudois partir de1850les pionniersdans ltude des spectres


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Kirchhoff ralise avec Bunsenune srie dexpriencessur les flammesportes diffrentes tempratures Ils analysentavec un spectroscopela lumire mise


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Les raies observes dans chaque spectresont caractristiques des lments chimiquesprsents dans la flamme En 1859, Kirchhoff publia trois loisrelatives au rayonnement mis par les corps :La position dune raie correspond une longueur donde prcise


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Un objet chaud incandescent, gaz pression leve, liquide ou solideun spectre continu produitUn gaz chaud, basse pressionun spectrede raies brillantes(raies dmission)

Le mme gaz situ entre lobservateuret une source de rayonnement continu, une temprature plus basse que la sourceun spectre continuavec des raies sombres(raies dabsorption).


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*En 1860, Kirchhoff et Bunsendcouvrirent le csium et le rubidium. Ils ouvrirent ainsi la voie de la recherchede corps simples encore inconnus...Raies spectrales d'mission du csium


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*En 1862, Angstrm dcouvritla prsence dazote dans latmosphre du Soleil. Par la suite, beaucoup dautres lments chimiques connus sur terrepurent tre reconnus dans le spectre de la lumire solaire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Elle fut la premiredune srie de lois sur l'tude du rayonnementqui vont tre labores dici la fin du sicle.Au cours de ses recherches sur la spectroscopieKirchhoff formula, en 1859, une loi sur le rayonnementElle exprime qu'mission et absorption sont lies.loi du rayonnement de Kirchhoff l'quilibre thermique,les flux mis et reus par un corps doivent tre gaux


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*A propos du Soleil, Kirchhoff crit :Les raies sombres du spectre solaire sont dues la prsence, dans latmosphre incandescente du Soleil, des substances qui, dans le spectre dune flamme, produisent des raies brillantes la mme place..Le corps incandescent du Soleil est entour dune masse gazeuse une temprature un peu plus faible..De lobservation des raies D dans le spectre, on peut conclure la prsence du sodium dans latmosphre du Soleil.Pour avoir une explication des lois de Kirchhoffil faudra attendre de connatre la nature quantique de la lumire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Sir William Huggins (1824 - 1910)1863tudient les raies dmission et dabsorption de divers objets clestes. Margaret Lindsay Huggins (1848 1915)


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*En 1864, Huggins aid de sa femme,observa pour la premire fois des raies sombres dans des spectres stellairesLa galaxie dAndromde, par contre prsenteun spectre caractristique dtoiles.Ils furent les premiers distinguer les nbuleuses des galaxies.Ils dcouvrent que la nbuleuse dOrionprsente le spectre d'un gaz trs chaud et non d'un solide..


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Premires photographies de spectresde la chromosphre et des protubrances du Soleil lors dune clipse totale du Soleil18 aot 1868en AsieJules Janssen (1824-1907)Norman Lockyer(1836-1920)


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La couronne et les protubrances s'levant au-dessus de la chromosphre appartiennent au Soleil et non latmosphre de la Lune.couronnechromosphreAu cours de lclipse totale de Soleil,les protubrances apparaissent quand la Lune se dplace devant le Soleilprotubrances


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Dans le spectre de la chromosphre, aux bords est et ouest du SoleilJanssen dcouvre des raies dmission trs brillantes bleue, verte et rouge La raie bleue a t identifie au Nikel, la raie rouge au FerMais la raies brillante verte ne correspondait aucun lment connu lpoque , aussi la-t-on appel coroniumCe nest seulement quen 1941 que cette raie verte a t identifie au Fer XIV, fer fortement ionis en raison de la temprature extrme de la couronne solaire(clipse du 15 fvrier 1961 en Yougoslavie)


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Dans le spectre dune protubrance,Janssen et Lockyer dcouvrent une raie jaune trs proche des raies D1 et D2 du sodiumElle fut dnomme D3 ( = 587,56 nm) par comparaison avec les raies D1 ( = 589,59 nm) et D2 ( = 588,95 nm) du sodium En 1882, Luigi Palmieri russit pour la premire fois dmontrer la prsence d'hlium sur la Terre, par lanalyse spectrale de la lave du Vsuve.Elle ne correspondait aucun lment connu sur la Terre cette poqueLockyer attribua cet lment inconnu le nom Hlium


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*James Maxwell(1831-1879)1864la lumire et le magntisme sont deux phnomnes de mme nature


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Cette onde est associeaux oscillations des champs lectrique et magntiquese dplaant dans le videIl pense que la propagation de la lumire ncessiteun milieu pour support des ondes: ltherPour Maxwellla lumire est une onde lectromagntiqueAvec le temps, l'existence d'un tel milieu, remplissant tout l'espace et apparemment indtectable par des moyens mcaniques,posera de plus en plus de problmes


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Alexandre Edmond Becquerel, (1820 1891)dcouvrent leffet photolectrique Antoine Csar Becquerel (1788 1878)1873


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Cet effet ne peut pas tre expliqu de manire satisfaisante si l'on considre que la lumire est une onde.Ils ont observer l'missionde charges lectriques ngativespar un matriausoumis l'action de la lumirel'onde lectromagntique incidentejecte du matriaudes charges lectriques ngativesIl a prsent une grande importance historiquedans la dcouverte du caractre corpusculaire de la lumire.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La premire cellule photolectrique fut cre en 1889par les chercheurs allemandsJulius Elster (1854-1920) et Hans Geitel (1855-1923).


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1887Heinrich Hertz (1857-1894) vrifie exprimentalementla thorie de James Maxwell sur la lumire


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon* l'aide d'un oscillateur (compos d'un clateur agissantentre deux sphres creuses en laiton)Hertz ralisa pour la premire fois lmission et la rception d ondes lectromagntiques, non visibles.Il dmontra que ces nouvelles ondes,susceptibles de se diffracter, de se rfracter et de se polariser,se propageaient la mme vitesse que la lumire.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1879Josef Stefan(1835 1893)Ludwig Boltzmann(1844-1906)tudient lnergie totale rayonne par un corpsen fonction de sa temprature et de sa surface


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon* Stefan montra que :La surface dun corps solide trs chaud metun ensemble des radiations formant unLa puissance totale rayonne par un corps incandescent est fonction de sa temprature En gnral, on ne peut tablir une relation simple entre , la puissance du rayonnement et la temprature du solide sauf dans le cas duncorps idal :corps noir


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Ltrange corps noirEnceinte ferme en quilibre thermiqueUn rayonnement existe en son sein,mais cest un milieu compltement absorbantDans la pratique, on considre queles lois du rayonnement restent approximativement valablestant que les pertes dnergie sont ngligeables devant lnergie emmagasine dans le corps le rayonnement reste lintrieur du corpscomment peut-on alors lobserver pour ltudier???on fait un tout petit trou dans sa paroiet on regarde lintrieur


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Loi de Stefan-BoltzmannLa puissance totale P rayonne par un corps noir de surface S, est proportionnelle la quatrime puissance de sa temprature absolue TP = S . . T4 avec , constante de Stefan-Boltzmann= 5,669 . 10-8 W . m-2 . K-4Elle est connue sous le nom de loi de Stefan- Boltzmann car c'est son lve Ludwig Boltzmannqui en fournira la justification thorique par des mthodes statistiques dans le cadre de la thermodynamiqueLa loi de Stefan-Boltzmann a t dcouverte exprimentalement par Joseph StefanBoltzmann tait un fervent dfenseur de l'existence des atomes


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Grce cette loi,Stefan dtermina la temprature de la surface du Soleil.Il obtient une valeur de 5435,85C (la valeur actuelle :506,85C). Ce fut la premire estimation srieuse de la temprature du Soleil: Dans le dernier quart du XIXme sicle plusieurs mesures ont t faitesau sommet du Mont Blanc La relationpermet de dduire aisment la temprature dun corps loignen mesurant la puissance totale quil rayonneP = S . . T4


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1893 Wilhelm Wien(1864 1928)prcise la relation entre couleur et temprature dun corps noir


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La distribution de lintensit dune source en fonction de la longueur dondedpend de la temprature Quand la temprature augmente, le maximum dmission se dplace vers des longueurs donde plus courtesBien quun corps noir rayonne dans toutes les longueurs donde,il met prfrentiellement dans un domaine particulier


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Loi de WienLa longueur donde max qui correspond au maximum de rayonnement mis par un corps noir,est inversement proportionnelle sa temprature absolue Tmax.. T = 2,898 . 10-3 m.K Il s'agit d'une formule empirique propose par Wilhelm Wien


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Sir James Jeans (1877 1946)Lord Rayleigh (1842 1919)tablirent une loi sur la rpartition de l'nergie rayonnepar le corps noir en fonction de la longueur d'ondevalable pour les grandes longueurs d'onde


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Rayleigh conduit des recherches en spectroscopie en utilisant la mcanique statistique. Il tablit avec le mathmaticien et astronome James Jeansune loi thorique, valable pour les grandes longueurs d'ondeLoi de Rayleigh-Jeans luminance spectrale nergtiqueavec:c = 299792458ms-1 (vitesse de la lumire), k = 1,3806610-23JK-1 (constante de Boltzmann) T est la temprature de la surface du corps noir en kelvins (K).Le flux nergtique mis par un corps noirpar unit de surface, par unit dangle solide et par unit de longueur dondeest appele :exprime en W / (m 3 . Sr)


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La constante de Boltzmann kB Un systme tant l'quilibre macroscopique, mais libre d'voluer l'chelle microscopique entre micro-tats diffrents,son entropie S est donne par:S = kB . ln kB = 1, 381 . 10 -23 J.K-1kB peut s'interprter comme le facteur de proportionnalitreliant la temprature d'un systme son nergie thermiqueCette constante physique fondamentale est gale R/N avec R : constante des gaz parfaits = 8,314 472 J.mol-1 . K-1 et N : nombre dAvogadro = 6,022 . 10-23 mol-1d'o: a t introduite par Boltzmann lors de sa dfinition de lentropie en 1873


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La loi de Rayleigh-Jeans suggrait une croissance sans limite de la luminance dans le domaine des faibles longueurs d'ondescatastrophe ultra-violetteElle n'tait pas vrifie par l'exprience dans lultra violet; c'est ce qu'on appelle la


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*XVII me sicle

Loi sur la rfractionDcomposition de la lumire blancheHypothse sur la thorie ondulatoireXVIII me sicle

Aberration de la lumireXIX me sicle

Rayonnement I.RThorie ondulatoire de FresnelEffet DopplerVitesse finie de la lumireSpectres continu et spectres de raies Loi du rayonnement de KirchhoffEffet photolectriqueThorie lectromagntique de MaxwellLoi de Stefan-BoltzmannLoi de WienLoi de Rayleigh-Jeans


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1900Max Planck(1858 1947)dtermine la loi de rpartition spectrale du rayonnement thermique du corps noir sur lensemble des frquences


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Planck sintresse ds 1894au rayonnement lectromagntique du corps noir.Il adopte les mthodes statistiques de Boltzmann.Il russit trouver, de manire empirique, une loi de rayonnement compltement en accord avec les mesures exprimentalesPour cela Planck a d supposer que la lumiren'tait pas absorbe et mise de manire continue,mais uniquement de manire discrte . Les transferts d'nergie ne devaient se faire que par des multiples d'units h tant la frquence du rayonnement et h une constante d'aide (h comme Hilfskonstante:), appel plus tard quantumd'units hquantum


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon* h : constante de Plank = 6,626 . 10-34 J . sk : constante de Boltzmann = 1,380 . 10-23 J . K-1c : vitesse de la lumire dans le vide = 2,998 . 108 m . s-1Pour chaque longueur donde lun corps noir de temprature Tdonne un rayonnement dintensit IlLoi du corps noir


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Exemple : le rayonnement solaire.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*1905Albert Einstein(1879-1959)confirme lhypothse des quantapour expliquer leffet photolectrique


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Il nona que la lumire se comporte la foiscomme une onde et un flux de particulesLes modles ondulatoire et corpusculaire sont complmentaires. Ils se dplacent la mme vitesse que les ondes lectromagntiques, leur masse et leur charge sont nulles.Le quantum d'nergie E = h est associ un corpuscule nomm photon. Un train d'ondes lectromagntiques de frquence accompagne le photon.


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Comment les photons mis par une toileparviennent jusqu nous ?


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Un photon mis au centre de ltoile a beaucoup de mal en sortir :il est absorb, rmis, rabsorb, rmis..des milliards de fois avant de sortir Le milieu est si opaque, quil se comporte un peu comme une boite ferme Les photons qui schappent traversent successivement des milieux de plus en plus froids et la distribution de leurs nergies sadapte la temprature : il y a localement une sorte dquilibreLe spectre mis par une toile ressemble au spectre du corps noirdont la temprature est proche de celles des rgions superficiellesOn assimile le rayonnement des toiles rouges, bleues, ou blanches, au rayonnement du corps noir !


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Comment les astronomes utilisent ces loispour dcrypter les informations contenuesdans la lumire mise par les toiles


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*de 1867 1924 PICKERINGs'acharnent classer les spectres de 400000 toiles.William HenryPickering(1858 - 1938)et toute une quipe d'astronomes au Harvard Observatory



La classification, toujours en usage de nos jours, est constitue de:7 catgories principalesO B A F G K M(Oh Be A Fine Girl, Kiss Me)


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*La nature et l'intensit des raies spectrales rvlent pour chaque toile :et mme aussi son ge...sa compositionsa tempraturesa densitsa constitutionsa dimensionsa vitesse


Club d'Astronomie du Lyce Saint Exupry - Lyon Observatoire de Lyon*Parmi les trois sens propres nous faire apercevoir l'existence des corps loigns, celui de la vue est videmment le seul qui puisse tre employ relativement aux corps clestes ; en sorte qu'il ne saurait exister aucune astronomie pour des espces aveugles, quelques intelligentes qu'on voult d'ailleurs les imaginer ; et, pour nous-mmes, les astres obscurs, qui sont peut-tre plus nombreux que les astres visibles, chappent toute tude relle, leur existence pouvant tout au plus tre souponne par induction. Toute recherche qui n'est point finalement rductible de simples observations visuelles nous est donc ncessairement interdite au sujet des astres, qui sont ainsi de tous les tres naturels ceux que nous pouvons connatre sous les rapports les moins varis. Nous concevons la possibilit de dterminer leurs formes, leurs distances, leurs grandeurs et leurs mouvements ; tandis que nous ne saurions jamais tudier, par aucun moyen, leur composition chimique ou leur structure minralogique, et, plus forte raison, la nature des corps organiss qui vivent leur surface, etc. En un mot, pour employer immdiatement les expressions scientifiques les plus prcises, nos connaissances positives par rapport aux astres sont ncessairement limites leurs seuls phnomnes gomtriques et mcaniques, sans pouvoir nullement embrasser les autres recherches physiques, chimiques, physiologiques et mme sociales, que comporter les tres accessibles tous nos divers moyens d'observation.Et pourtanten 1834,AUGUSTE COMTE avait critdans son Cours de Philosophie Positive


***Mthodes de lAstrophysique : pages 110-111Taton Sciences Modernes : pages 482-483**LAstronomie vol 113 janvier/fvrier 1999 page 12 :Chromosphre, bande rouge trs mince dentele irrgulirementProtubrances,prominences dune prodigieuses hauteur, de grands arcs dune couleur rouge mle du lilas ou du pourpreCouronne brillante dune blancheur parfaite, couleur nacre voluant vers une couleur gris perledans les parties les plus loignes du Soleil*Astronomie Flammarion - page 595*

la lumiÈre théories et lois élaborées au cours des siècles

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