Résumé — Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière

Ce résumé condense l’exigible du chapitre. La lumière se décrit par deux modèles : une onde électromagnétique (λ, ν) et un flux de photons ( $E = h\nu$ ) — et l’écart entre deux niveaux d’énergie fixe la longueur d’onde d’une raie.

Le modèle ondulatoire

Une onde électromagnétique se propage dans le vide — contrairement aux ondes mécaniques — à la célérité $c = 3{,}00 \times 10^8$ m·s⁻¹.

Longueur d’onde et fréquence

$\lambda = \frac{c}{\nu}$

λ en m, ν en Hz. Valable avec la célérité dans le VIDE (ou l’air). Visible : 400 à 800 nm.

Les domaines spectraux (par λ décroissante)

Ondes radio → micro-ondes (wifi ≈ 10 cm) → infrarouge → visible (400–800 nm) → ultraviolet → rayons X (≈ 10⁻¹⁰ m) → rayons γ. Plus λ est petite, plus la fréquence — et l’énergie du photon — est grande.

Le modèle particulaire : le photon

Le photon est la particule de lumière : sans masse, il transporte un quantum d’énergie.

Énergie d’un photon

$E = h\,\nu = \frac{h\,c}{\lambda}$

h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s (constante de Planck), E en joule. 1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J : convertir avant tout calcul.

La quantification : les niveaux d’énergie

L’énergie d’un atome ne peut prendre que certaines valeurs discrètes — les niveaux d’énergie, négatifs par convention (le zéro correspond à l’atome ionisé).

Transition entre deux niveaux

$|\Delta E| = h\,\nu = \frac{h\,c}{\lambda}$

L’atome MONTE d’un niveau en ABSORBANT un photon, DESCEND en ÉMETTANT un photon — dont l’énergie est exactement l’écart entre les deux niveaux.

Conséquence : le spectre de raies, discontinu, est la carte d’identité des entités qui constituent la source — chaque raie correspond à une transition.

Les pièges classiques

Conversions et conventions

1 nm = 10⁻⁹ m et 1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J — convertir avant de calculer. Les niveaux d’énergie sont négatifs. Et le sens des flèches sur un diagramme : vers le haut = absorption, vers le bas = émission.