Sources de lumière et récepteurs

Certains objets fabriquent leur propre lumière (le Soleil, une lampe), d'autres renvoient seulement la lumière qu'ils reçoivent (la Lune, ton cahier), et des récepteurs comme l'œil ou le panneau solaire captent cette lumière.

Objectifs

Distinguer une source primaire de lumière d'un objet diffusant (source secondaire).
Citer des exemples de récepteurs de lumière et dire ce qu'ils font de la lumière.
Expliquer pourquoi on voit un objet : il faut que de la lumière venant de lui entre dans l'œil.
Connaître les règles de sécurité face aux sources de lumière intenses.

1. Les sources primaires de lumière

Définition

Une source primaire de lumière est un objet qui produit la lumière qu'il émet.

Sources naturelles : le Soleil et les autres étoiles, la flamme d'un feu de bois, l'éclair d'un orage, les lucioles.
Sources artificielles (fabriquées par l'homme) : lampe à incandescence, lampe à DEL (LED), tube fluorescent, écran de téléphone, bougie, lampe à pétrole, laser.

Beaucoup de sources primaires produisent de la lumière parce qu'elles sont très chaudes (le Soleil, une flamme, le filament d'une ampoule). D'autres, comme les DEL ou les lucioles, éclairent sans chauffer beaucoup.

Lequel de ces objets est une source primaire de lumière ?

Un miroir
Une lampe à pétrole allumée
Un tableau blanc

La flamme de la lampe à pétrole produit sa propre lumière. Le miroir et le tableau ne font que renvoyer la lumière qu'ils reçoivent.

2. Les objets diffusants (sources secondaires)

Définition

Un objet diffusant, aussi appelé source secondaire, est un objet qui ne produit pas de lumière : il renvoie dans toutes les directions une partie de la lumière qu'il reçoit. On dit qu'il diffuse la lumière.

Exemples : la Lune, les planètes, ton cahier, un mur, un pagne, le visage de ton voisin, les nuages.
Un objet diffusant n'est visible que s'il est éclairé. Dans le noir complet, on ne voit pas son cahier.

flowchart TD
  A[Objets que l on voit] --> B[Sources primaires]
  A --> C[Objets diffusants]
  B --> D[Naturelles : Soleil, etoiles, flamme]
  B --> E[Artificielles : lampe, ecran, laser]
  C --> F[Lune, cahier, mur, nuages]

Pourquoi la Lune nous paraît-elle lumineuse la nuit ?

Elle produit sa propre lumière comme le Soleil.
Elle est très chaude.
Elle diffuse vers la Terre une partie de la lumière du Soleil.

La Lune est un objet diffusant : elle est éclairée par le Soleil et renvoie une partie de cette lumière dans toutes les directions, dont vers nous.

3. Les récepteurs de lumière

Définition

Un récepteur de lumière est un objet qui reçoit de la lumière et réagit à cette lumière (il la transforme ou en est modifié).

L'œil : la rétine, au fond de l'œil, reçoit la lumière et envoie un message au cerveau par le nerf optique.
La cellule photovoltaïque (panneau solaire, calculatrice solaire) : transforme la lumière en électricité.
La photorésistance : sa résistance électrique diminue quand elle est éclairée ; elle commande par exemple l'allumage automatique des lampadaires à la tombée de la nuit.
Le capteur d'un appareil photo ou d'un téléphone : enregistre une image.
Les feuilles des plantes : utilisent la lumière pour fabriquer leur matière (photosynthèse).
La peau : elle bronze ou brûle sous le soleil.

Quel est le rôle d'une cellule photovoltaïque ?

Transformer la lumière reçue en électricité
Produire de la lumière
Diffuser la lumière dans toutes les directions

La cellule photovoltaïque est un récepteur : elle reçoit la lumière et la convertit en énergie électrique.

4. Comment voit-on un objet ?

Pour qu'on voie un objet, il faut que de la lumière partie de cet objet entre dans l'œil. La lumière se propage en ligne droite dans un milieu transparent et homogène (air, eau, verre), de la source vers l'œil.

Le Soleil, source primaire, envoie de la lumière en ligne droite vers le livre.

Le livre, objet diffusant, renvoie une partie de cette lumière dans toutes les directions.

Une partie de la lumière diffusée entre dans l'œil de Kofi, récepteur : il voit le livre.

La lumière se propage très vite : dans le vide (et presque autant dans l'air), sa vitesse vaut environ \(300\,000\ \mathrm{km/s}\). La lumière du Soleil met environ 8 minutes pour arriver jusqu'à nous.

Dans une pièce totalement noire, sans aucune source de lumière, peut-on voir un pagne blanc ?

Oui, car le blanc brille dans le noir.
Non, car le pagne n'est pas éclairé et ne peut rien diffuser vers l'œil.
Oui, si on ouvre bien les yeux.

Le pagne est un objet diffusant : sans lumière reçue, il n'envoie aucune lumière vers l'œil, on ne le voit donc pas.

5. Exercice résolu : classer des objets

Voir la solution

Sources primaires : le Soleil, la bougie allumée, l'écran allumé du téléphone (ils produisent leur lumière).
Objets diffusants : la Lune, le tableau noir, le nuage (ils renvoient la lumière reçue).
Récepteurs : le panneau solaire, l'œil, la photorésistance (ils captent la lumière et réagissent).

Remarque : un écran éteint n'est plus une source primaire, il devient un simple objet diffusant.

Exercice 2 : une calculatrice solaire

La bande sombre est une cellule photovoltaïque : c'est un récepteur de lumière.

Elle transforme la lumière reçue en électricité pour faire fonctionner la calculatrice.

La main bloque la lumière : la cellule ne reçoit plus rien et ne produit plus d'électricité, la calculatrice s'éteint.

6. Sécurité et erreurs fréquentes

Quelle phrase est correcte ?

L'œil émet des rayons vers les objets pour les voir.
Un miroir est une source primaire de lumière.
On voit un objet quand de la lumière venant de lui entre dans l'œil.

L'œil est un récepteur : il reçoit la lumière émise ou diffusée par l'objet. Le miroir renvoie la lumière, il ne la produit pas.

Récapitulatif

Source primaire : produit sa propre lumière (Soleil, étoiles, flamme, lampe, écran allumé).
Objet diffusant (source secondaire) : renvoie dans toutes les directions la lumière qu'il reçoit (Lune, cahier, mur).
Récepteur : reçoit la lumière et réagit (œil, cellule photovoltaïque, photorésistance, capteur photo, feuille de plante).
On voit un objet quand de la lumière venant de lui entre dans l'œil ; la lumière se propage en ligne droite.
Ne jamais regarder le Soleil en face.

Source primaire

Objet qui produit sa propre lumière : Soleil, flamme, lampe allumée.

Objet diffusant

Objet qui renvoie dans toutes les directions la lumière reçue : Lune, cahier.

Récepteur de lumière

Objet qui reçoit la lumière et réagit : œil, panneau solaire.

Condition pour voir

De la lumière venant de l'objet doit entrer dans l'œil.

Propagation

En ligne droite, à environ 300 000 km/s.