lumière énergétique et chaleur

[jehuty00]

Bonjour,

Ma question porte sur la lumière et la chaleur.
La lumière, selon sa fréquence, ne porte pas la même quantité d'énergie en elle. Cette énergie n'est pas sans effet avec la matière avec laquelle elle interagit.
D'après ce que j'ai compris, ces interactions selon le type de lumière sont mesurées par les différents types de spectroscopie. Ainsi, chaque lumière provoque des effets différents.

Les effets provoqués par les lumières peu énergétiques ne sont que des effets de chaleur: on bouge les atomes par le biais de cette énergie. D'ailleurs on parle plus de rotation des atomes pour les micro-ondes et de vibration des atomes pour les infra-rouges (les effets des ondes radio sont négligeables ici et surtout peu clairs à mon esprit).
Les lumières énergétiques en revanchent provoquent des ionisations: elles sont capables d'arracher des électrons aux atomes par leur forte énergie, et de fait perturber les liaison chimiques des molécules pour les ultra-violets, voire bousiller un peu tout pour les rayons X et Gamma. A noter, si je ne me trompe pas, que les ultra-violets arrachent des électrons de valence (extérieurs), les rayons X arrachent des électrons de cœur (les plus proches du noyau), et que les rayons gamma eux s'attaquent directement au noyau de l'atome. Je le dis pour une meilleure représentation du problème, mais mes dires sont à vérifier. Je m'appuie seulement sur les dires de Wikipédia quant à la spectroscopie et les différents types de transition électroniques.

Question: Pourquoi les lumières les plus énergétiques sont capables de fortement dégrader la structure atomique, arracher des électrons, et pourtant sans faire vibrer/agiter les atomes? Ou pour le dire autrement, pourquoi des rayons aussi puissants me bousillent la tronche sans me cramer (au sens littéral de la chaleur) au passage?

J'ai vraiment cherché la réponse à cette question, il est supposé, dans un article de vulgarisation, que les U.V apportent de la chaleur, mais cela a été dit sans aucune explication. En revanche rien n'est dit pour les lumières plus fortes.

A titre personnel, j'avais compris le raisonnement actuel comme un "qui peut le plus peut le moins", considérant ainsi que plus d'énergie donne nécessairement plus de chaleur. Mais rien n'est dit à ce sujet.

Merci d'avance.
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[Deedee81]

Salut,

mais mes dires sont à vérifier.

Je confirme. Juste que bien entendu un photon gamma peut aussi envoyer valdinguer les électrons, si ce n'est qu'il (peut) avoir assez d'énergie pour exciter le noyau ou provoquer une électroproduction dans le champ électrique du noyau, mais souvent après avoir joué les boules de bowling avec le cortège électronique atomique ou moléculaire.

Et justement là aussi ces photons très énergétiques vont aussi provoquer des vibrations moléculaires ou cristallines. Mais c'est souvent le moins important ou le moins préoccupant (les risques d'ionisation ou pire font des dégâts, et pas seulement humain, ça fragilise aussi les métaux, les bétons, etc...). Si tu secoues un prunier, il va vibrer mais pas s'arracher, si tu fais péter un kilo de TNT dans le verger, tu vas arracher l'arbre mais aussi les secouer mais je crois pas que c'est ça qu'on va te reprocher

Les IR ont le bon goût de donner des excitations thermiques et rien que ça (parfois chimiques mais c'est pas très fréquent).

Et aussi, dans la vie courante, la quantité (en énergie) d'émission des corps chaud est surtout dans l'IR. On ne les voit pas donc on a l'impression que la lumière visible est majoritaire mais.... pas toujours ! Un morceau de métal chauffé au rouge émet bien plus d'énergie dans l'IR qu'en lumière visible !
Et les X et encore plus les gammas il en faut en fait très peu pour provoquer des dégâts. L'énergie des photons peut être considérable tout en ayant une énergie totale (nombre de photons) relativement modeste.

Sans compter pleins d'autres effets (par exemple il est souvent facile de refléter la lumière visible, essentiellement pour des raisons de longueur d'onde, et ça donne de jolies couleurs et tout alors que les IR sont plutôt absorbés, et inversement les rayons X ont tendance à passer à travers, là aussi pour des raisons de longueur d'onde).

Bref, c'est complexe et ne se limite pas à du "ça brûle" (Pierre Curie fut brûlé à la cuisse par le morceau de radium qu'il avait emporté dans sa poche à l'académie des science, ce fut la première fois qu'on découvrit que la radioactivité fait du dégât )

[XK150]

pourquoi des rayons aussi puissants me bousillent la tronche sans me cramer (au sens littéral de la chaleur) au passage?

Comment le savez vous ? Je suppose que vous n'avez jamais essayé d' obtenir un beau bronzage au rayonnement gamma ?

Oui , une part de l'énergie gamma est transformée en chaleur dans les tissus . Vu la pénétration , cette conversion se fait plutôt en profondeur ( bien que les brulûres superficielles existent aussi ) ,
et de ce fait , serait moins ressenti que sur le derme ou l'épiderme .

Reste que les dégâts biologiques dûs aux ionisations sont bien supérieurs et apparaissent bien avant ce stade .

Mais il existe des méthodes calorimétriques pour évaluer les flux de photons gamma ,
et vous pourriez vous rendre compte , en vous promenant sur certains sites nucléaires , que les containers contenant de fortes sources radioactives ( gamma , mais pas seulement ) chauffent ...

[jehuty00]

Avec une bombe en général il y a des flammes
Allez restons sérieux, j'ai bien compris.

Pour les dires à vérifier, il s'agissait plus de me compléter que me corriger je crois. Je le précise car j'ai besoin de savoir ou sont mes erreurs, à la relecture il ne m'apparait qu'une imprécision.

C'est plus complexe selon vos dires. Vous avez illustré cela avec des exemples. Et oui en fait je suis entièrement d'accord avec vous. Pire, j'aurais l'audace de dire que chaque gamme de fréquence possède des propriétés particulières.

C'est que j'ai souvent entendu que le découpage entre les grandes bandes de fréquences était arbitraire, le raisonnement, tel que je le lisais, m'apparaissait comme cela: la lumière peut être plus ou moins énergétique, et on a découpé arbitrairement cette lumière en gammes de fréquences, en familles.
Or on dirait bien que non: si c'était aussi arbitraire que cela, chaque gamme n'aurait pas cette tendance à produire un effet singulier sur la matière, ce qui suppose qu'elle possède des propriétés particulières.

C'est ce que je voulais vérifier.

Merci beaucoup.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jehuty00]

Non, je bronze assez vite au soleil, ce n'est pas la peine!

Oui donc les rayons gamma apportent de la chaleur aussi, mais ce n'est pas leur caractéristique principale.

Merci.

[Sethy]

Disons que la borne est supérieure et pas inférieure. Je veux dire par la qu'un rayonnement d'une certaine longueur d'onde pourrait avoir certains effets semblables à un rayonnement de longueur d'onde plus grande ( = moins énergétique) mais pas l'inverse.

[coussin]

Oui, je suis d'accord avec ce que dit Sethy : les énergies typiques de rotation, vibration et électronique sont typiquement bien séparées. Quelques milliers de cm-1 pour les vibrations et, selon une loi empirique, 2 ordres de grandeur en moins pour les rotations et 2 ordres de grandeur en plus pour les excitations électroniques.
Ensuite et pour résumer tout un pan de l’électrodynamique quantique en une phrase l'interaction lumière matière est une histoire de résonance. Cela signifie que pour qu'une certaine excitation soit affectée par la lumière qu'on lui envoie, les énergies en question doivent correspondrent.
Ça signifie finalement que de la lumière visible n'affecte pas les rotations des molécules.

[Deedee81]

Salut,

Cht'tit précisions.

Quelques milliers de cm-1 pour les vibrations et, selon une loi empirique, 2 ordres de grandeur en moins pour les rotations et 2 ordres de grandeur en plus pour les excitations électroniques.

Pour un gaz. Dans un solide, les rotations ne sont pas souvent possibles (mais ça arrive) et les vibrations sont plus faciles. Bon qualitativement ça ne change rien à ton explication