P3.ÉNERGIE pour PHÉNOMENES PÉRIODIQUES

-absorption pour toutes ondes

Une absorption est la part d'énergie absorbée par un corps heurté par une onde

ABSORPTION (STRICTO SENSU)

Equation de dimensions d'une absorption L².M.T-2 Symbole désignation : Ea Unité : le Joule(J)

 

SPECTRE d'ABSORPTION

L'énergie portée par des ondes qui heurtent un corps est partiellement absorbée par lui et on peut en établir le spectre

-sur un récepteur absorbant un quelconque rayonnement, le spectre est établi en fonction de la fréquence de ce rayonnement ; il présente des atténuations (allant éventuellement jusqu’à l’annulation) correspondant aux transitions énergétiques des atomes ou noyaux (du récepteur) passant de l’état fondamental (énergie mini) à un état excité

 

-les raies de Fraunhofer concernent la totalité du spectre solaire (longueurs d’onde de 380 à 770 nm)

Il s’agit de raies sombres (un millier) qui affectent le spectre du soleil,à cause de l’absorption de diverses longueurs d’ondes par l’atmosphère terrestre et par les couches externes du soleil.Elles reçoivent des références sous forme de (lettre + numéro) -correspondant aux divers corps absorbeurs (Ca,Fe,H,K,O,Na...) et pour des longueurs d'onde allant de 400 à 800 nm

-une ligne d’absorption est un terme s'appliquant à une raie très étroite

 

-absorption pour un spectre d'atomes

lintensité énergétique d’un rayonnement est différemment ressentie par les atomes de la matière réceptrice, selon la fréquence en cause.

Comme les absorptions sont des manques énergétiques, les raies apparaissent en noir

Lors d'un changement de milieu, on définit divers coefficients qui sont les comparaisons des puissances respectivement absorbée, réfléchie, transmise et dissipée par le corps, envers la puissance délivrée au moment de l'arrivée énergétique

Il y a relation entre ces 4 coefficients:

ba (coeff.d'absorption) + yr (coeff.de réflexion) + yp (coeff.de dissipation) + yt (coeff.de transmission) = 1

 

COEFFICIENT d’ABSORPTION ONDULATOIRE

C'est ba = (cosθ .e-Jb.l)

avec θ(rad)= angle d'incidence

l(m)= profondeur de pénétration

Jb(m-1)= coefficient d’atténuation (linéaire)

ba intervient aussi pour comparer les puissances, soit :

ba= Pa/ Pr   où Pr = puissance absorbée et Pa = puissance initialement reçue

On peut évidemment remplacer ces puissances par des grandeurs proportionnelles aux puissances, comme puissances surfaciques (reçue p*r et absorbée p*a) ou bien énergies surfaciques (reçue W’r et absorbée W’a) et bien sûr des énergies (reçue Er et absorbée Ea)

 

UNE RÉFRACTION

est le phénomène -géométrique et énergétique- exprimant l'absorption dans le nouveau milieu rencontré par l'onde

Il n'y a pas de déphasage de l'onde dans une réfraction

 

 

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-énergie et puissance portées par une onde

Rappel des caractéristiques de l'énergie :

Equation aux dimensions  : L2.M.T-2 Symbole de désignation : E

Unité S.I.+ : le Joule (J)

Rappel des caractéristiques de la puissanc:

Equation aux dimensions : L2.M.T-3) Symbole P Unité S.I.+ le Watt (W)

 

 

 

ENERGIE TRANSPORTEE par une ONDE

E= P’.t.Ω

Er(J)= énergie transportée par une onde

P’(W/sr)= puissance spatiale (dite Intensité énergétique) des ondes émises pendant un temps t(s) et dans un angle solide Ω(sr)

Pour les rayons X, par exemple,

cette énergie Er est de l’ordre de 50 keV (10-14 Joule)

On a aussi >> E= Pr.t     où Er(J)= énergie de radiation portée par l'onde et c'est l'accumulation d'une puissance Pr(W) pendant le temps t(s)

 

EXEMPLES d'ENERGIES d'OSCILLATIONS-VIBRATIONS

-énergie d'oscillation

Il y a 2 familles d’oscillations :

-Libres (fonctionnant -idéalement- indéfiniment, sans apport d’énergie)

-Forcées (soumises à l’influence d’un appoint périodique externe)

Au niveau énergétique :

-les Libres amorties ont une énergie qui baisse (le frottement d'amortissement consomme et diffuse de l’énergie ailleurs)

-les Libres non amorties ont une énergie stable (constante)

-les Forcées amorties (dites "entretenues") ont une énergie soit augmentée (si le frottement est plus faible que l’apport) soit diminuée (si le frottement est plus fort que l’apport reçu de l’extérieur), soit même en équilibre (s’il y a égalité entre frottement et apport)

-les Forcées non amorties n’ont plus de cause d’amortissement, donc une énergie en hausse

Ces Forcées non (ou insuffisamment) amorties (car l’apport est dominant) entraînent le phénomène de résonance

-énergie d’un système à ressort

E = (m.v²) / 2 + (W’d.l²) / 2   et aussi  E = m. lA².f² / 2 = constante

avec E(J)= énergie mécanique engagée

f(Hz)= fréquence d’oscillation

m(kg)= masse suspendue au ressort

v(m/s)= vitesse correspondant à une élongation l (m)

W'd(kg/s²)= constante de rappel (ou raideur, ou dureté du ressort)

lA(m)= amplitude

-énergie d’une masse vibrante

E= (-1/2).F.l

où Ea(J)= énergie d’une masse vibrante soumise à une force F(N)

l(m)= longueur moyenne de position, autour du centre de masse supposé immobile

-énergie de l’oscillateur harmonique

Eos = Ec+ Ep= W'd.lA²

avec Eos(J)= énergie totale d'oscillateur

Ec(J)= son énergie cinétique

Ep(J)= son énergie potentielle

W'd(kg/s²)= constante de rappel

lA(m)= amplitude

L'amplification  traduit l'augmentation de l'énergie d'une onde pendant son parcours



EXEMPLES de PUISSANCE PORTÉE PAR une ONDE

-puissance proprement dite

P= P’.Ω

Pr(W)= puissance portée

Ω(sr)= angle solide dans lequel s’exercent les champs (en général Ω est

l’espace entier, soit 4∏ sr pour les systèmes d’unités qui ont comme unité d’angle

le stéradian)

P’(W/sr)= puissance spatiale (ou intensité énergétique)

-puissance développée par un appareil émetteur d'ondes

Il s'agit surtout de l'aspect nocif des appareils émettant des ondes, à travers le

champ électrique qu'ils produisent.

C’est la puissance (énergie instantanée) émise ou reçue par un corps vivant dans le domaine des ondes électromagnétiques de la gamme visible

-puissance d’un oscillateur (électrique)

P = Q².f 4.lé² / Ω.ε.c3

P(W)= puissance rayonnée par un oscillateur harmonique

Q(C)= charge électrique

lé(m)= élongation

f (Hz)= fréquence

ε(F/m-sr)= constante diélectrique du milieu

c(m/s)= constante d'Einstein (2,99792458 .108 m/s)

Ω(sr)= angle solide dans lequel s’exerce le phénomène

-puissance d'une particule (portée par une onde)

L'énergie étant égale à (h.ν), la puissance est (h.ν/ t)  où h(J-s) est la constante de Planck (6,62606876.10-34J-s), ν(Hz) la fréquence et t(s) le temps

 

INTENSITE ENERGETIQUE

L'intensité énergétique est une puissance dans un angle solide

E= P’.Ω.t

où P’(W/sr)= intensité énergétique pendant le temps t(s)

Ω(sr)= angle solide où se déroule le phénomène (en général Ω est l’espace entier soit 4 sr pour les systèmes d’unités qui ont comme unité d’angle le sr)

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