tout savoir sur les rayonnements

Les rayonnements dans l’Univers

Vous voulez en savoir plus sur les différents types de rayonnements, les méthodes de détection, le spectre de la lumière et la loi de Wien ? Alors cet article est fait pour vous. Nous verrons également ce qu’est la radioactivité, et vous découvrirez aussi que vous émettez des rayonnements infrarouges !

Les types de rayonnements

Il existe deux grands types de rayonnements dans l’Univers :

  • Les ondes électromagnétiques (ex : les Ultra-violets UV, la lumière visible, …)
  • Les particules (ex : protons, neutrinos, …)

Cas n°1 : Les éruptions solaires

Une éruption solaire désigne l’expulsion soudaine de rayonnements par le Soleil. Des ondes électromagnétiques sont émises (rayons X, rayons gamma) mais aussi des particules (protons, ions, neutrinos, …)

Cas n°2 : La radioactivité

Désintégration alpha d'un noyau X en noyau Y

Désintégration alpha d’un noyau X en noyau Y

Un élément radioactif va émettre spontanément des rayonnements pour redevenir stable. Différents types de radioactivité désignent différents rayonnements émis :

  • Radioactivité alpha : un noyau d’Helium 4 (2 neutrons + 2 protons) est émis
  • Radioactivité beta – : un électron est émis
  • Radioactivité gamma : une onde électromagnétique gamma est émise

Comment détecter les rayonnements ?

Pour détecter les rayonnements, il faut les transformer en des quantités mesurables. On peut utiliser des technologies différentes en fonction du type et des propriétés du rayonnement.

Exemples de détection de rayonnements :

L’œil permet de détecter la lumière visible grâce aux photorécepteurs de la rétine.

Les appareils photos numériques fonctionnent par réception de la lumière sur des cellules photosensibles.

On détecte les particules chargées par ionisation d’un volume de gaz, ce qui crée un courant entre deux électrodes (chambres à fils, compteur Geiger, etc.)

Le spectre électromagnétique ou spectre de la lumière

Spectre électromagnétique, ordres de grandeur et sources

La lumière peut être vue comme une onde électromagnétique. Elle a une certaine longueur d’onde.

Selon les différentes valeurs de longueur d’onde, les ondes électromagnétiques appartiennent à des catégories différentes :

  • De 400 à 800 nm, l’onde appartient au spectre visible, allant du violet au rouge (suivant les couleurs de l’arc-en-ciel). C’est la seule plage de longueur d’onde visible par l’Homme.
  • Au-delà de 800 nm (rouge), il y a l’infrarouge, les micro-ondes et les ondes radio.
  • En-dessous de 400 nm (violet), il y a les ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma.

La loi de Wien

La loi de Wien relie la température T d’un objet à la longueur d’onde la plus intense de son rayonnement. Il y a donc un lien entre la température et la ” couleur ” d’un objet.

Enoncé de la loi de Wien

\(\lambda_{max}T=2,90.10^{-3} K.m\)

Attention! T est en Kelvins (K). On obtient la température en Kelvins en ajoutant 273 à la température en Celsius.

\(T_{Kelvin}= 273+T_{Celsius}\)

D’après la loi de Wien, plus un corps est chaud, plus il émet à de faibles longueurs d’ondes. Plus un corps est froid, plus il émet à de grandes longueurs d’ondes.

Exemple intuitif de la loi de Wien

Une flamme est plus chaude en son cœur, c’est pour cela que l’extérieur d’une flamme est plutôt jaune ou rouge (environ 600-700 nm) alors que le cœur d’une flamme est bleu (environ 500 nm).

Application numérique de la loi de Wien

Une personne a une température corporelle de 37°C. D’après la loi de Wien, elle émet un rayonnement. Quelle est sa longueur d’onde dominante ?

On veut appliquer la loi de Wien pour trouver . Il nous faut la température en Kelvins :

\(T_{Kelvin} = 273 + T_{Celsius} = 273 + 37 = 310 K\)

On peut alors ré-écrire la loi de Wien :

\(\lambda_{max}=\frac{2,90.10^{-3}}{T} (m) = \frac{2,90.10^{-3}}{310} m = 9,35.10^{-6} m = 9,35 \mu m\)

Le corps humain émet donc un rayonnement infrarouge. C’est pour cela que l’on utilise des caméras infrarouges pour détecter détecter des êtres humains.

Ce qu’il faut retenir sur les rayonnements

  • Les rayonnements dans l’Univers regroupent les ondes électromagnétiques et les particules.
  • Détecter un rayonnement, c’est mesurer une grandeur physique. Les méthodes dépendent de la nature et des propriétés du rayonnement.
  • Le spectre visible va de 400 nm (violet) à 800 nm (rouge). Il se situe entre les ultraviolets (en dessous de 400 nm) et l’infrarouge (au-dessus de 800 nm).
  • Un corps émet un rayonnement dont la longueur d’onde la plus intense dépend de sa température selon la loi de Wien :

\(\lambda_{max}T=2,90.10^{-3} K.m\)

Avec T la température du corps en Kelvins (K) et la longueur d’onde dominante en mètres (m).

Donc, plus un corps est chaud, plus il émet dans les faibles longueurs d’ondes.

Pour en savoir plus sur la physique, n’hésitez pas à consulter nos fiches de cours et nos exercices corrigés.