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Indice de réfraction
Salut tout le monde,
je viens d'entamer le cours d'optique géométrique et j'ai lu que chaque milieu est caractérisé pas son indice de réfraction. Puis après on mentionne que cet indice dépend de la longueur d'onde du rayon lumineux !! ça me parait contradictoire ! c'est caractéristique donc ça doit être une constante non ?
Merci d'avance.
Caractéristique du milieu, cela ne veut pas dire caractéristique de l'onde électromagnétique qui traverse ce milieu.
Et en effet, l'indice de réfraction dépend de la longueur d'onde.
Le problème est qu'on ferait beaucoup mieux de caractériser un rayon lumineux par sa fréquence plutôt que par sa longueur d'onde.
La fréquence qui caractérise un rayon lumineux est indépendante du milieu traversé par le rayon ... alors que la longueur d'onde d'un rayon lumineux dépend de l'indice de réfraction du milieu traversé par le rayon.
Si on ajoute à cela que l'indice de réfraction d'un "milieu" à prendre en considération varie avec la fréquence du rayon... c'est encore accessible facilement à la compréhension.
Mais si, comme c'est la (mauvaise) habitude on caractérise le rayon lumineux par sa longueur d'onde au lieu de la fréquence, cela devient confus pour les non initiés.
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Exemple, voici un graphe donnant l'indice de réfraction d'un certain type de verre en fonction de la longueur d'onde du rayon lumineux.
... Mais, comme très souvent, on a "oublié" de préciser que la longueur d'onde du rayon mentionnée sur le graphe était celle qu'il avait dans le vide ... et évidemment pas dans son passage dans le verre.
Et cela provoque souvent la confusion chez les étudiants.
ah donc lorsque quelqu'un nous dit qu'un tel milieu a un tel indice de réfraction, la première question qui se pose c'est : avec quelle longueur d'onde vous avez mesurer cela ? n'est-ce pas ?
Oui ... ou non.
Beaucoup de problèmes posés concernent une onde monochromatique et si on donne un indice de réfraction d'un milieu sans autre précision, c'est pour l'onde en question.
Mais si on veut par exemple étudier la "décomposition" d'un faiseau de lumière blanche par un prisme en verre, alors, on doit évidemment tenir compte de la valeur de n du verre en question en fonction des longueurs d'onde ... (celles dans le vide et pas dans le verre).
Un matériau (comme le verre) dont n dépend de la longueur d'onde est appelé "milieu dispersif".
Certains milieux de sont pas dipersifs ou très très peu ... (n est alors constante ou quasi constante).
J-P peut-il préciser avec un exemple sa réponse du 29-01-14 : "La fréquence qui caractérise un rayon lumineux est indépendante du milieu traversé par le rayon ... alors que la longueur d'onde d'un rayon lumineux dépend de l'indice de réfraction du milieu traversé par le rayon." ? Merci
La fréquence est une caractéritique du rayon lumineux, elle n'est pas modifiée par le matériau transparent dans lequel passe ce rayon.
Alors que, aussi bien la longueur d'onde que la vitesse de propagation du rayon lumineux varient en fonction du matériau transparent dans lequel passe ce rayon.
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Supposons un rayon monochromatique lumineux de longueur d'onde dans le vide Lambda0 = 700 nm (rouge)
La fréquence de ce rayon est f = c/Lambda0 = 3.10^8/(700.10^-9) = 4,2857.10^14 Hz
Si ce rayon lumineux passe dans du verre (de par exemple indice de réfraction = 1,5 pour le rayon considéré), on peut calculer :
a) la vitesse du rayon lumineux dans le verre : v = c/1,5 = 2.10^8 m/s
b) la longueur d'onde du rayon lumineux dans le verre : Lambda = 700/1,5 = 466,67 nm
Par contre, dans le verre, la fréquence du rayon est encore de 4,2857.10^14 Hz
Si ce même rayon passe par exemple dans de l'eau (indice de réfraction d'environ 1,33), la fréquence restera toujours de 4,2857.10^14 Hz.
Alors que la longueur d'onde et la vitesse seront à nouveau différentes des cas ci-dessus (dans le vide ou dans le verre).
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Merci J-P l'exemple est clair, mais cela ne semble pas répondre à la question initiale que je rappelle : cet indice dépend de la longueur d'onde du rayon lumineux (sous entendu dans le vide) !! ça me parait contradictoire ! c'est caractéristique donc ça doit être une constante non ?
La réponse apportée était "qu'on ferait beaucoup mieux de caractériser un rayon lumineux par sa fréquence plutôt que par sa longueur d'onde". Dans ce cas qu'est-ce que cela change de parler de fréquence plutôt que de longueur d'onde ?
Autrement dit : cet indice n du milieu dépend de la "fréquence" du rayon lumineux (sous entendu dans le vide) ! si c'est une caractéristique du milieu, ça devrait être constant (ou au moins indépendant du rayon traversant), non ?
C'est la longueur d'onde dans le vide qui est une caractéristique d'un rayon lumineux (ou autres ondes électromagnétiques).
Mais la longueur d'onde, pour un même rayon, varie en fonction du milieu traversé.
Alors pourquoi faire la connerie de parler de longueur d'onde qui ne caractérise un rayon QUE DANS LE VIDE, alors que la fréquence est la même quel que soit le milieu traversé ?
C'est une habitude ... mais, pour moi, une mauvaise habitude.
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Tu écris à tort :
Autrement dit : cet indice n du milieu dépend de la "fréquence" du rayon lumineux (sous entendu dans le vide) ...
La partie entre parenthèses est tout à fait superflue, car dans le vide ou dans un autre milieu, la fréquence d'un rayon donné ne varie pas.
Le reste de ta phrase n'est pas non plus satisfaisant.
C'est l'indice de réfraction du milieu qui dépend de la fréquence du rayon qui le traverse ... et pas le contraire.
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La grosse connerie est d'employer les longueurs d'ondes car il n'est presque jamais précisé de quelle longueur d'onde on parle.
Si dans un exercice on parle d'un rayon lumineux de longueur d'onde de 600 nm traversant de l'eau ... on ne sait pas, à coup sûr, si on parle de la longueur d'onde qu'a le rayon dans l'eau ou bien de celle que ce même rayon aurait dans le vide.
Certes, on peut préciser, à chaque fois, longueur d'onde dans le vide ou bien longueur d'onde dans l'eau (ou dans le verre) ou ... Mais, tu remarqueras que cette précision manque cruellement dans la plupart des exrecices.
Alors qu'il n'y aurait aucune ambiguité possible en donnant la fréquence du rayon lumineux ... qui elle, pour un même rayon, est la même dans le vide, dans l'air, dans l'eau, dans le verre ...
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Il y a 2 sujets différents :
* la longueur d'onde dans le vide caractéristique (invariable) d'un rayon lumineux : j'ouvre un autre topic sur ce sujet
* la question initiale à laquelle il n'a pas été réellement répondu :
l'indice de réfraction d'un milieu donné étant fonction de la fréquence du rayon (ou de sa longueur d'onde dans le vide), pourquoi cet indice qui est "variable" est-il appelé "caractéristique" (invariable) de ce milieu ?
Cela peut être un abus de langage mais c'est discutable.
Pour les matériaux optiques, on donne l'indice de réfraction pour des fréquences de rayons imposées.
On en parle ici : 
On peut y lire ceci :
L'indice de réfraction d'un verre est donné pour la raie jaune d'émission dite raie d de l'hélium (noté alors nd) ou pour la raie verte e du mercure (noté alors ne) selon les usages et les deux principales normes utilisées.
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Ces 2 indices de réfractions (pour ces 2 fréquence) sont notés ne et nd
Ceux-là sont évidemment des constantes pour un matériau donné. (puisque les fréquences sont imposéees)
Et certains diront donc qu'ils caractérisent le matériau.
N'empêche que l'indice de réfraction (sans les indices) varie avec la fréquence pour les matériaux dispersifs (Tous les milieux sont dispersifs en plus ou moins grande proportion ... sauf le vide).
L'indice de réfraction ne peut donc pas être considéré comme une vraie caractéristique d'un matériau, mais suivant l'application ce n'est cependant pas une hérésie de le considérer comme tel.
Pour beaucoup d'applications, on se limite dans une gamme de fréquence relativement petite et la variation du n est faible, si elle n'influence pas les résulats de manière forte dans l'application, alors on pourrait considérer le n comme caractéristique du matériau.
Finalement, c'est sans importance, l'important est de savoir ce qu'on fait.
Dans certaines applications, n pourra être considéré comme une constante caractérisant le matériau (parce que les petites variations de n avec la fréquence n'altèrent pas les résultats de manière inacceptable).
Et dans d'autres applications, il ne pourra être question de négliger les effets des variations du n avec la fréquence (par exemple dans l'étude de dispersion de la lumière blanche passant par un prisme).
l'indice de réfraction d'un milieu donné étant fonction de la fréquence du rayon (ou de sa longueur d'onde dans le vide), pourquoi cet indice qui est "variable" est-il appelé "caractéristique" (invariable) de ce milieu ?
En complément de la réponse de JP...
... il y a beaucoup de lois physiques qui considèrent des coefficients ou indices supposés "caractéristiques", et qu'on peut donc croire "invariants"...
... alors qu'ils ne sont définis que dans des conditions bien précises, et qu'ils peuvent varier en fonction de divers paramètres (pression, température et j'en passe).
Je me souviens avoir demandé en cours de physique de seconde si l'eau était "réellement" incompressible et si une pression gigantesque ou une variation de température ne pouvait pas modifier un tant soit peu sa densité... la réponse est tombée comme un bloc de granit : "Les liquides et les solides sont incompressibles. Point barre."
Et pourtant
...
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