The electromagnetic spectrum · Le spectre électromagnétique
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|---|---|
| electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ | ondes électromagnétiques |
| spectrum/ˈspektrəm/ | spectre |
| vacuum/ˈvækjuːm/ | vide |
| microwave/ˈmaɪkrəʊweɪv/ | micro-onde |
| infrared/ˌɪnfrəˈred/ | infrarouge |
| ultraviolet/ˌʊltrəˈvaɪəlɪt/ | ultraviolet |
| gamma/ˈɡæmə/ | gamma |
All the same family
- Radio, the heat from a fire, sunburn, a hospital X-ray — all are electromagnetic waves 电磁波.
- They differ only in wavelength (and so frequency).
- One family, one spectrum 光谱.
Toute la même famille
- Radio, la chaleur d'un feu, les coups de soleil, une radiographie hospitalière — ce sont tous des ondes électromagnétiques 电磁波.
- Elles diffèrent uniquement par leur longueur d'onde (et donc leur fréquence).
- Une seule famille, un seul spectre 光谱.
What they share
- All EM waves are transverse.
- In a vacuum 真空 they all travel at the same speed, $c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
The electromagnetic spectrum
Ce qu'elles partagent
- Toutes les ondes EM sont transversales.
- Dans le vide 真空, elles se propagent toutes à la même vitesse, $c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Le spectre électromagnétique
Slide across the spectrum · Faites glisser sur le spectre
Radio waves, visible light and gamma rays are all the same wave — only the wavelength changes, and with it the frequency, photon energy and everyday use. · Les ondes radio, la lumière visible et les rayons gamma sont tous la même onde — seule la longueur d'onde change, et avec elle la fréquence, l'énergie photonique et l'utilisation quotidienne.
All electromagnetic waves are transverse. · Toutes les ondes électromagnétiques sont transversales.
Yes — every EM wave is transverse, and all travel at $c$ in a vacuum. · Oui — chaque onde EM est transversale, et toutes voyagent à $c$ dans le vide.
In a vacuum, which EM wave travels the fastest? · Dans le vide, quelle onde EM voyage la plus vite ?
In a vacuum every EM wave travels at $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$. · Dans le vide, toute onde EM voyage à $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
What do all electromagnetic waves share? Select all · tout that apply. · Quels paramètres toutes les ondes électromagnétiques partagent-elles ? Sélectionnez tous ceux qui s'appliquent.
Needing no medium is exactly what lets sunlight cross space. Being transverse is what makes every one of them polarisable, unlike sound. · Le fait de ne nécessiter aucun milieu est exactement ce qui permet à la lumière du soleil de traverser l'espace. Le fait d'être transversale est ce qui rend chacune d'elles polarisable, contrairement au son.
The spectrum in order
- From long to short wavelength: radio · microwave 微波 · infrared 红外线 · visible · ultraviolet 紫外线 · X-ray · gamma 伽马.
- As wavelength decreases, frequency increases.
Le spectre par ordre
- De la plus longue à la plus courte longueur d'onde : radio · micro-ondes 微波 · infrarouge 红外线 · visible · ultraviolet 紫外线 · rayons X · gamma 伽马.
- À mesure que la longueur d'onde diminue, la fréquence augmente.
Put these in order of increasing frequency (lowest first). · Mettez ces éléments dans l'ordre de fréquence croissante (la plus basse en premier).
Frequency rises as wavelength falls: radio (longest) → microwave → visible → X-ray (much shorter). · La fréquence augmente quand la longueur d'onde diminue : radio (la plus longue) → micro-onde → visible → rayons X (beaucoup plus courts).
Put the electromagnetic spectrum in order of increasing wavelength. · Mettez le spectre électromagnétique dans l'ordre de longueur d'onde croissante.
Increasing wavelength is decreasing frequency and decreasing photon energy, so the same list read backwards answers all three questions. · L'augmentation de la longueur d'onde correspond à une diminution de la fréquence et de l'énergie photonique, donc la même liste lue à l'envers répond aux trois questions.
Wavelengths and the link
- Learn the orders of magnitude: radio $> 10^{-1}\ \text{m}$; microwave $10^{-1}$ to $10^{-3}\ \text{m}$; infrared $10^{-3}$ to $7 \times 10^{-7}\ \text{m}$; visible $400$–$700\ \text{nm}$; ultraviolet $4 \times 10^{-7}$ to $10^{-8}\ \text{m}$; X-rays $10^{-8}$ to $10^{-13}\ \text{m}$; gamma below about $10^{-10}\ \text{m}$.
- Visible light is the narrow band $400$–$700\ \text{nm}$ — violet at the short end, red at the long end.
- Switch between $\lambda$ and $f$ with $c = f\lambda$.
Longueurs d'onde et le lien
- Apprenez les ordres de grandeur : radio $> 10^{-1}\ \text{m}$ ; micro-ondes $10^{-1}$ à $10^{-3}\ \text{m}$ ; infrarouge $10^{-3}$ à $7 \times 10^{-7}\ \text{m}$ ; visible $400$–$700\ \text{nm}$ ; ultraviolet $4 \times 10^{-7}$ à $10^{-8}\ \text{m}$ ; rayons X $10^{-8}$ à $10^{-13}\ \text{m}$ ; gamma en dessous d'environ $10^{-10}\ \text{m}$.
- La lumière visible est la bande étroite $400$–$700\ \text{nm}$ — violet à l'extrémité courte, rouge à l'extrémité longue.
- Passez de $\lambda$ à $f$ avec $c = f\lambda$.
Visible light has wavelengths of roughly: · La lumière visible a des longueurs d'onde d'environ :
About $400\ \text{nm}$ (violet) to $700\ \text{nm}$ (red) — a tiny slice of the whole spectrum. · Environ $400\ \text{nm}$ (violet) à $700\ \text{nm}$ (rouge) — une infime portion du spectre entier.
A radio wave has wavelength $3.0\ \text{m}$. What is its frequency, in MHz? (Use $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.) · Une onde radio a une longueur d'onde de $3.0\ \text{m}$. Quelle est sa fréquence, en MHz ? (Utilisez $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.)
$f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.0 \times 10^{8}}{3.0} = 1.0 \times 10^{8}\ \text{Hz} = 100\ \text{MHz}$.
Naming the region
- Exam questions give a wavelength or a frequency and ask which region. Convert to wavelength if needed, then place it on the ladder.
- Just below $400\ \text{nm}$ is ultraviolet; just above $700\ \text{nm}$ is infrared.
- X-rays and gamma rays overlap in wavelength — they are told apart by where they come from (X-rays from electrons, gamma from nuclei), so either name can be right in the overlap.
Nommer la région
- Les questions d'examen donnent une longueur d'onde ou une fréquence et demandent quelle région. Convertissez en longueur d'onde si nécessaire, puis placez-la sur l'échelle.
- Juste en dessous de $400\ \text{nm}$ se trouve l'ultraviolet ; juste au-dessus de $700\ \text{nm}$ se trouve l'infrarouge.
- Les rayons X et gamma se chevauchent en longueur d'onde — ils se distinguent par leur origine (rayons X provenant d'électrons, gamma de noyaux), donc soit nom peut être correct dans la zone de chevauchement.
An electromagnetic wave has a wavelength of 500 nm. What is its frequency, in units of 1e14 Hz? · Une onde électromagnétique a une longueur d'onde de 500 nm. Quelle est sa fréquence, en unités de 1e14 Hz ?
f = c/lambda = 3.00e8/5.00e-7 = 6.0e14 Hz, in the green of the visible band. Convert nm to m before dividing. · f = c/lambda = 3.00e8/5.00e-7 = 6.0e14 Hz, dans le vert de la bande visible. Convertissez les nm en m avant de diviser.
Worked example: which region, and what period?
(a) A laser emits waves of wavelength $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m}$. (b) A satellite link uses $12\ \text{GHz}$. Name each region and find the period of the satellite waves in picoseconds.
- (a) $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m} = 81\ \text{nm}$, which is below $400\ \text{nm}$ but above $10^{-8}\ \text{m}$: ultraviolet. Its frequency is $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{8.1 \times 10^{-8}} = 3.7 \times 10^{15}\ \text{Hz}$.
- (b) $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{12 \times 10^{9}} = 0.025\ \text{m}$: a few centimetres, so microwave.
- Period: $T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s} = 83\ \text{ps}$.
- Check: $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, so divide by $10^{-12}$ to convert — an answer of $0.083\ \text{ps}$ means the prefix was applied the wrong way.
Exemple résolu : quelle région, et quelle période ?
(a) Un laser émet des ondes de longueur d'onde $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m}$. (b) Un lien satellite utilise $12\ \text{GHz}$. Nommez chaque région et trouvez la période des ondes satellites en picosecondes.
- (a) $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m} = 81\ \text{nm}$, qui est en dessous de $400\ \text{nm}$ mais au-dessus de $10^{-8}\ \text{m}$ : ultraviolet. Sa fréquence est $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{8.1 \times 10^{-8}} = 3.7 \times 10^{15}\ \text{Hz}$.
- (b) $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{12 \times 10^{9}} = 0.025\ \text{m}$ : quelques centimètres, donc micro-onde.
- Période : $T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s} = 83\ \text{ps}$.
- Vérification : $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, donc divisez par $10^{-12}$ pour convertir — une réponse de $0.083\ \text{ps}$ signifie que le préfixe a été appliqué dans le mauvais sens.
An electromagnetic wave has a wavelength of $5.0 \times 10^{-9}\ \text{m}$. Which region of the spectrum is it in? · Une onde électromagnétique a une longueur d'onde de $5.0 \times 10^{-9}\ \text{m}$. Dans quelle région du spectre se trouve-t-elle ?
$5.0 \times 10^{-9}\ \text{m} = 5\ \text{nm}$ — shorter than $10^{-8}\ \text{m}$ (the bottom of the ultraviolet range), so X-rays. · $5.0 \times 10^{-9}\ \text{m} = 5\ \text{nm}$ — plus courte que $10^{-8}\ \text{m}$ (le bas de la gamme ultraviolette), donc rayons X.
Microwaves in a satellite link have a frequency of $12\ \text{GHz}$. What is their period, in ps? · Les micro-ondes dans un lien satellite ont une fréquence de $12\ \text{GHz}$. Quelle est leur période, en ps ?
$T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s}$, and $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, so $T = 83\ \text{ps}$. · $T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s}$, et $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, donc $T = 83\ \text{ps}$.
$c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ is the speed in a vacuum (air is close enough). In glass or water the wave slows down and its wavelength shortens, but its frequency stays the same — frequency is fixed by the source. And the order of the spectrum by frequency is the reverse of the order by wavelength.
$c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ est la vitesse dans le vide (l'air est suffisamment proche). Dans le verre ou l'eau, l'onde ralentit et sa longueur d'onde diminue, mais sa fréquence reste la même — la fréquence est fixée par la source. Et l'ordre du spectre par fréquence est l'inverse de l'ordre par longueur d'onde.
When light passes from air into glass, its speed and wavelength both decrease but its ____ does not change. · Lorsque la lumière passe de l'air au verre, sa vitesse et sa longueur d'onde diminuent toutes deux, mais sa ____ ne change pas.
Frequency is set by the source. Since $v = f\lambda$, a smaller $v$ with the same $f$ means a smaller $\lambda$. · La fréquence est fixée par la source. Puisque $v = f\lambda$, une plus petite $v$ avec la même $f$ signifie une plus petite $\lambda$.
Recognise them by their uses
- Radio: broadcasting. Microwave: phones, satellite links, ovens. Infrared: remote controls, thermal imaging, heating.
- Visible: seeing, fibre-optic signals. Ultraviolet: fluorescence, sterilising, sunburn.
- X-rays: medical imaging. Gamma: sterilising equipment, treating cancer.
Reconnaître par leurs usages
- Radio : radiodiffusion. Micro-ondes : téléphones, liaisons satellites, fours. Infrarouge : télécommandes, imagerie thermique, chauffage.
- Visible : vision, signaux fibre optique. Ultraviolet : fluorescence, stérilisation, coups de soleil.
- Rayons X : imagerie médicale. Gamma : stérilisation d'équipements, traitement du cancer.
You've got it
- all EM waves are transverse and travel at $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ in a vacuum
- order by wavelength: radio → microwave → IR → visible → UV → X-ray → gamma (frequency runs the other way)
- visible light is $400$–$700\ \text{nm}$; use $c = f\lambda$ and $T = \dfrac{1}{f}$ to name a region
Vous avez compris
- toutes les ondes EM sont transversales et se propagent à $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ dans le vide
- ordre par longueur d'onde : radio → micro-ondes → IR → visible → UV → rayons X → gamma (la fréquence va dans l'autre sens)
- lumière visible est $400$–$700\ \text{nm}$ ; utilisez $c = f\lambda$ et $T = \dfrac{1}{f}$ pour nommer une région