i
i
i
i
i
i
i
i
Les trous de Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
Méthode de calcul des déphasages en optique physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
Intensité des interférences lumineuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
Description de la figure d’interférences, interfrange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
Quelques variations sur le thème « trous de Young » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
Observations des interférences de type trous de Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
Interférences non localisées et interférences localisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
Interférences par division d’amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
Franges d’égale inclinaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
Franges d’égale épaisseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
Interféromètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
Interféromètre à deux ondes (ou interféromètre à faisceaux séparés) . . . . . . . . . . . . . . . 568
Interféromètre à ondes multiples (ou de Fabry-Perot) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
Principe de Huygens – Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
Qu’est ce que la diffraction ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
Principe de Huygens – Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
Validité du principe de Huygens – Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
Diffraction de Fresnel et diffraction de Fraunhofer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
Diffraction à l’infini par une fente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
Diffraction par une fente infinie éclairée sous incidence normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
Diffraction par une fente infinie éclairée sous incidence oblique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
Diffraction à l’infini par une ouverture rectangulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
Diffraction par une ouverture circulaire, limite de résolution des instruments
d’optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
Diffraction à l’infini par une ouverture circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
Limite de résolution d’un instrument d’optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
Diffraction à l’infini par deux écrans complémentaires, théorème de Babinet . . . 584
Processus d’interaction entre la matière et le rayonnement. Émission stimulée . . 584
Rappels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
Description qualitative des processus d’interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
Description quantitative : émission spontanée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
Description quantitative : absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
Description quantitative : émission stimulée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
Équilibre thermodynamique, rayonnement du corps noir, relations entre coefficients
d’Einstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
Principes de fonctionnement d’un laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
Cavité optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
Milieu amplificateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
Propriétés du rayonnement émis par un laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598
Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
8. THERMODYNAMIQUE (Aude Plaszczynski) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
Vocabulaire et définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
Notion de système thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
SOMMAIRE
9
i
i
i
i
i
i
i
Les trous de Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
Méthode de calcul des déphasages en optique physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
Intensité des interférences lumineuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
Description de la figure d’interférences, interfrange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
Quelques variations sur le thème « trous de Young » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
Observations des interférences de type trous de Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
Interférences non localisées et interférences localisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
Interférences par division d’amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
Franges d’égale inclinaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
Franges d’égale épaisseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
Interféromètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
Interféromètre à deux ondes (ou interféromètre à faisceaux séparés) . . . . . . . . . . . . . . . 568
Interféromètre à ondes multiples (ou de Fabry-Perot) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
Principe de Huygens – Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
Qu’est ce que la diffraction ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
Principe de Huygens – Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
Validité du principe de Huygens – Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
Diffraction de Fresnel et diffraction de Fraunhofer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
Diffraction à l’infini par une fente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
Diffraction par une fente infinie éclairée sous incidence normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
Diffraction par une fente infinie éclairée sous incidence oblique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
Diffraction à l’infini par une ouverture rectangulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
Diffraction par une ouverture circulaire, limite de résolution des instruments
d’optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
Diffraction à l’infini par une ouverture circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
Limite de résolution d’un instrument d’optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
Diffraction à l’infini par deux écrans complémentaires, théorème de Babinet . . . 584
Processus d’interaction entre la matière et le rayonnement. Émission stimulée . . 584
Rappels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
Description qualitative des processus d’interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
Description quantitative : émission spontanée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
Description quantitative : absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
Description quantitative : émission stimulée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
Équilibre thermodynamique, rayonnement du corps noir, relations entre coefficients
d’Einstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
Principes de fonctionnement d’un laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
Cavité optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
Milieu amplificateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
Propriétés du rayonnement émis par un laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598
Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
8. THERMODYNAMIQUE (Aude Plaszczynski) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
Vocabulaire et définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
Notion de système thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
SOMMAIRE
9