- Indiquer, sur un schéma, les différents éléments anatomiques de l’œil.
- Découvrir que la lumière est une forme d’énergie.
- Utiliser un tableau de conversion de grande dimension et l’écriture scientifique d’un nombre.
Situation professionnelle :
Vous travaillez comme auxiliaire de soins. Vous vous occupez des usagers admis récemment. L’infirmière vous demande
de porter une attention toute particulière à Manon qui souffre d’un trouble visuel. Elle a du mal à se repérer dans
l’établissement.
La lumière est une forme d'énergie produite par la matière. Pour comprendre comment elle est générée, il faut
examiner les constituants mêmes de la matière, c'est-à-dire les atomes.
Les atomes sont composés d’un noyau autour duquel gravitent des électrons (chargés négativement), ces électrons sont
répartis autour du noyau sur des couches électroniques. En effet les électrons subissent la force d’attraction du
noyau (à cause des protons, chargés positivement) et seules certaines « orbites » spécifiques situées à des distances
précises leur sont permises. Si un électron ne peut occuper n’importe quelle position autour du noyau, il peut
cependant modifier la distance qui l’en sépare en changeant d’orbitale (parce qu’on l’aura chauffé par exemple).
Pour passer d’une orbitale éloignée à une orbitale plus rapprochée, l’électron doit se défaire d’une partie de son
énergie. L’énergie libérée aura une composante électrique mais aussi magnétique. C’est sous la forme de petits
« paquets d’énergie », appelés photons, que l’électron se débarrasse de son surplus d’énergie.
On dit d’un atome qu’il est dans un état excité lorsqu’un des électrons d’une couche électrique inférieure passe,
grâce à de l’énergie reçue par l’atome, à une couche électronique supérieure. L’état excité étant instable,
l’électron va, tôt ou tard, revenir à sa couche électronique initiale. Ce faisant, il libère l’énergie qui lui a
été nécessaire pour changer de couche électronique sous forme d’un photon.
1ère étape : L'atome absorbe de l'énergie, par exemple de la lumière (photon). 2ème étape : L'absorption d'un photon suffisamment énergétique fait monter l'électron sur un niveau
d'énergie supérieure : l’atome est alors dans un état excité instable. 3ème étape : L’état excité étant instable, l’électron va retourner à sa couche électronique initiale,
niveau de moindre énergie. La désexcitation d'un électron et son retour vers un niveau inférieur entraîne l'émission
d'un photon et l'énergie restituée sous forme de photon est égale à celle absorbée.
Un photon est une particule d’énergie qui n’a pas de masse et qui se déplace très rapidement. Fait étrange d’ailleurs,
un photon en mouvement a la particularité d’interagir avec la matière comme le fait une onde, c'est-à-dire une vague
à la surface de l’eau. Puisque l’onde a à la fois une composante électrique et une composante magnétique, on parle
« d’onde électromagnétique », c’est la lumière. En fait un photon est une « particule de lumière », et une onde
électromagnétique est une « onde lumineuse ».
Travail à faire : Après lecture du document 1, annoter le schéma ci-dessous et
surligner les milieux transparents de l’œil. Rechercher les réponses dans le texte. Si votre réponse est bonne,
elle changera de couleur en passant la souris devant... Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
L’énergie d’un photon peut se calculer de deux façons :
1) La première utilise une formule qui fait intervenir la fréquence du photon. E = hf.
Lorsque nous recevons les rayons lumineux du Soleil sur notre peau, nous nous rendons bien compte que les photons
transportent de l'énergie. Mais combien d'énergie transporte un photon ?
Tout dépend du photon ou plutôt tout dépend de la fréquence du photon.
C'est la formule E = hf qui permet de calculer l'énergie d'un photon.
- E est l'énergie exprimée en joule (J).
- h est la constante de Planck (6,62 x 10-34).
- f est la fréquence en hertz (Hz).
Calculons l’énergie d’un photon dont la fréquence est 2 000 GHz.
GHz se lit gigahertz. Il faut donc transformer ces GHz en Hz en utilisant le tableau suivant :
Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
Utilisation de la calculatrice: On souhaite écrire 3,5.10-4 avec une calculatrice Casio ou TI.
Avec la casio
Ce qui donne à l’affichage :
Certaine calculatrices Casio écriront le résultat sous la forme suivante :
(Attention, on n'utilise jamais la touche « multiplier » dans ce cas avec les Casios.)
Avec la TI
Ce qui donne à l’affichage :
(On remarque que la puissance de 10 est la touche EE.)
Calculer l’énergie du photon. On rappelle que h = 6,62 x 10-34. On remplacera les valeurs de la formule dans l'ordre d'apparition, on mettra les puissances dans les cases rouges. Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
2) La deuxième utilise une formule qui fait intervenir la longueur d’onde E =
hc ━━━
λ
.
C'est la formule E =
hc ━━━
λ
qui permet de calculer l'énergie d'un photon.
- E est l'énergie exprimée en joule (J).
- h est la constante de Planck (6,62 x 10-34).
- c est la vitesse de la lumière dans le vide (300 000 000 m/s).
- λ est la longueur d’onde (en m).
Calculons l’énergie d’un photon dont la longueur d’onde est 450 nm.
450 nm se lit 450 nanomètres. Il faut donc transformer ces nm en m en utilisant le tableau suivant: (Ne rien mettre dans les cases non concernées.) Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
Calculer l’énergie du photon. On rappelle que h = 6,62 x 10-34. On remplacera les valeurs de la formule dans l'ordre d'apparition, on mettra les puissances dans les cases rouges. Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
Certaine calculatrices Casio écriront le résultat sous la forme suivante : 
