Fiche de physique - chimie
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DISPERSION DE LA LUMIÈRE BLANCHE PAR UN PRISME

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I. Mise en évidence

1. Mise en situation

* On éclaire un prisme avec un faisceau de lumière blanche :
La dispersion de la lumière par le prisme : image 1

Observations :
    La lumière est réfractée sur chaque face du prisme (voir la fiche fiches Réfraction de la lumière ).
    En passant à travers le prisme, la lumière blanche est "transformée" en lumières colorées. On dit que le prisme décompose la lumière blanche.
    La figure colorée obtenue est appelée spectre . Ce spectre est continu du rouge au violet.
    La lumière rouge est moins déviée que la lumière violette.

* Conclusion :
Définition
La dispersion est le phénomène physique dans lequel les différentes radiations lumineuses (caractérisées par différentes fréquences) sont réfractées par le prisme avec différents angles.

* Conséquences :
La lumière blanche est constituée de plusieurs lumières (ou radiations) colorées.
La lumière blanche est polychromatique.

2. Dispersion de la lumière d'un laser

* Contrairement à la lumière blanche, la lumière du laser n'est pas décomposée en un spectre :
La dispersion de la lumière par le prisme : image 2

* Conclusion :
La lumière du laser est constituée d'une seule lumière (ou radiation) colorée.
La lumière du laser est monochromatique.

3. Radiation et longueur d'onde

a. Longueur d'onde

* Une lumière monochromatique ne peut être décomposée par un prisme.

* Chaque radiation lumineuse est caractérisée par sa longueur d'onde \lambda dans le vide ou l'air. Son unité légale est le mètre (m).

* Le laser rouge utilisé au lycée a une radiation de longueur d'onde \lambda = 633 ~ nm.

*Remarque : une lumière complexe est un mélange de plusieurs radiations. Elle n'est pas caractérisée par une longueur d'onde. On lui associe une plage de longueurs d'onde.


b. Domaine de longueur d'onde du visible

* L'oeil humain n'est sensible qu'aux radiations dont les longueurs d'onde sont comprises entre \boxed{400 ~ nm ~ et ~ 800 ~ nm}.
La dispersion de la lumière par le prisme : image 3

* La lumière blanche est un mélange de toutes les radiations visibles.

II. Pourquoi le prisme disperse-t-il la lumière blanche ?

La dispersion de la lumière par le prisme : image 4

* Lorsqu'une lumière arrive sur un prisme, elle subit deux réfractions : une sur la face d'entrée et une sur la face de sortie.

* La deuxième loi de la réfraction (2ème Loi de Descartes) nous dit que : n_1 \times sin i_1 = n_2 \times sin i_2 (1).
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Propriété
Le trajet d'une radiation dépend de l'indice du prisme car l'angle d'incidence est le même pour les différentes radiations qui constituent la lumière blanche.

* Remarques :
Le trajet d'un rayon lumineux dans le prisme dépend de sa couleur.
Or ce trajet dépend de l'indice du prisme.
L'indice du prisme dépend de la fréquence ou de la longueur d'onde dans le vide de la radiation.
L'indice de réfraction d'un milieu transparent dépend de la longueur d'onde (dans le vide) de la radiation qui s'y propage.
On dit que le milieu (ici le prisme) est dispersif.

Définition
On appelle milieu dispersif un milieu transparent dont l'indice de réfraction dépend de la longueur d'onde.

Exemples :
Pour le verre ordinaire : nrouge = 1,510 et nbleu = 1,520.
Pour l'eau : nrouge = 1,330 et nbleu = 1,336.

Remarques :
Il n'y a pas que le prisme qui disperse la lumière blanche !
Toute séparation entre deux milieux d'indices différents permet de décomposer la lumière blanche : par exemple le réseau.
Le prisme permet de mieux mettre en évidence ce phénomène à cause de la double réfraction que subissent les rayons lumineux.

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lulu3324
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