Ondes électromagnétiques (3/4)
Jusque là nous avons examiné les valeurs des champs E et B. Mais qu'est-ce qui détermine
l'intensité de la lumière
qu'elle soit vue par l'oeil d'un observateur, mesurée par un capteur de lumière ou acquise en tant qu'image par un appareil photo ?
La détection de la lumière, visuellement ou avec un instrument optique, ne se fait pas directement via E et B.
C'est l'énergie des champs électrique et magnétique qui détermine l'intensité.
L'énergie d'un champ est proportionnelle au carré du champ, c'est-à-dire à E2 et B2.
Tant les champs que leurs carrés ont des fréquences très hautes, de l'ordre de 500 terahertz pour la lumière visible.
Ces fréquences sont trop hautes pour être vues par les photorécepteurs de l'oeil.
L'oeil et tous les détecteurs électroniques de lumière visible font une moyenne dans le temps des valeurs des champs au carré.
C'est cette moyenne qui est rattachée à l'intensité de la lumière.
Nombre d'images par seconde dans les films ↓ ↑
Les films télévisés sont composés d'une succession d'images individuelles. L'œil enregistre
une image individuelle pendant un court laps de temps, de sorte qu'une séquence d'images
apparaît au spectateur comme une image en mouvement : la vision humaine effectue une moyenne
glissante des images individuelles. Pour que cela soit possible, le taux de rafraîchissement,
exprimé en images par seconde (frames per second, fps), doit dépasser une valeur d'environ 18.
Des taux de rafraîchissement plus faibles entraînent des films saccadés ou scintillants. Les
films de cinéma sont tournés à 24 images par seconde ou, pour les films plus récents, à 48
images par seconde. Sur les anciens téléviseurs à tube cathodique, le taux de rafraîchissement
était de 25 images par seconde (codage européen des signaux PAL et SECAM) ou de 30 images par
seconde (codage américain des signaux NTSC) ; des demi-images étaient superposées, ce qui fait
que le taux de rafraîchissement semble être de 50 ou 60 images par seconde pour l'œil. Les
nouveaux appareils LCD ont des taux de répétition allant jusqu'à 800 images par seconde.
Essaie de calculer la période d'une image individuelle de télévision et compare-la avec la période
d'une onde lumineuse de fréquence de 500 THz.
Le résultat te permettra de vérifier que les ondes lumineuses et le nombre d'images par secondes de films sont
des phénomènes physiques tout à fait différents.
Ceci est illustré pour le champ électrique E dans le graphe suivant.
Pour la simplicité, nous considérons seulement sa dépendance au temps:
(courbe bleue)
Son carré correspond à une fonction sinus qui possède la moitié de l'amplitude Eo et la moitié de la période T
et qui est décalée de 0.5 vers les valeurs positives:
(courbe rouge)
Relations trigonométriques ↓ ↑
Les transformations suivantes sont valables pour un angle α et le carré de son sinus et de son cosinus:
Équations ↓ ↑
Les équations mathématiques sont représentées à l'aide du
Mathematical Markup
Language (MathML), qui est pris en charge par Mozilla Firefox et Safari.
Il est possible que cela ne soit pas disponible avec d'autres navigateurs.
On utilise ce type de parenthèses pour indiquer la moyenne dans le temps d'un signal E2(t).
Puisque E2(t)
est symétrique autour de E2(t)=0.5, on peut en déduire:
(ligne verte)
C'est ce signal constant (du moment que l'amplitude de l'onde reste constante)
qui est vu par l'oeil comme l'intensité lumineuse.
Plus d'informations sur la densité énergétique et l'intensité des ondes électromagnétiques dans le
supplément 1.4.
