Electricité ou magnétisme ?

Lors de l’essor de deux domaines au XIXème siècle, l’électricité et le magnétisme ; James Clerk Maxwell (1831-1879) va tenter de concilier ces deux matières pourtant très éloignées de l’optique.

Pour ce faire, Maxwell élabore un modèle duquel il tire quatre équations liant champs électrique et magnétique, et qui expliquent tous les phénomènes électriques et magnétiques observés. Il déduit, de son prototype, l’existence d’une onde propageant les modifications de ces champs. Maxwell calcule la vitesse de propagation de cette onde-l’onde « électromagnétique »-grâce à ces équations tout en connaissant les caractéristiques électriques et magnétiques de chaque milieu. Il trouve que sa vitesse dans l’air est de 300 000 Km/s environ.

Il observe des similitudes entre cette onde et les propriétés de la lumière ainsi il identifie la lumière comme une onde électromagnétique. Malencontreusement, aucune de ses conclusions ne sera admise de son vivant, et aucune vérification expérimentale ne sera tentée. Il faudra attendre 1885, pour qu’Heinrich Hertz (1857-1894), alors que lui-même ne connaissait pas les théories de Maxwell, découvre que des ondes sont produites par une source électromagnétique. Ce n’est qu’à ce moment qu’on repense aux équations de Maxwell. spectre électro-magnétique avec raies

Si les corps noirs et les processus synchrotron et de bremsstrahlung génèrent un rayonnement continu, ce n’est pas le cas de tous les phénomènes physiques.

En 1802, William Wollaston (1766 - 1828) rapporte l’existence de lignes noires -des raies- dans le spectre du soleil. C’est Joseph Von Fraunhofer (1787 - 1826) qui redécouvre ces raies alors qu’elles étaient restées dans l’oublie pendant 12 ans. En observant le spectre d’une flamme à travers un prisme, il découvre aussi une raie brillante à la même longueur d’onde qu’une des raies sombres du spectre solaire. Fraunhofer décide de répertorier les différentes raies et en trouve 574 qu’il attribue de A à G. Il découvre ensuite que le spectre de la Lune est semblable à celui du soleil, tandis que ceux de certaines étoiles sont bien différents. En 1826, John Herschel et W.H. Fox Talbot montrent que chaque substance chimique est caractérisée par un ensemble de raies qui lui est propre. On peut désormais déduire la composition d’une étoile en étudiant son spectre, c’est la spectrométrie. C’est Gustav Kirchhoff qui va permettre de comprendre l’origine de ces raies. Il montre dans les années 1860 que les gaz émettent la même lumière que celle qu’ils sont capables d’absorber.

Cependant, aucune théorie valable n’avait encore été trouvée pour expliquer l’origine de ces raies. C’est Gustav Kirchhoff qui permettra de réaliser un bond en avant dans le domaine. Ce savant réussit à prouver dans les années 1860 que les gaz émettent la même lumière que celle qu’ils sont capables d’absorber. On peut le montrer avec une expérience simple. Soit une source lumineue émettant un spectre continu (par exemple un corps noir) dont la lumière passe à travers d’un nuage de gaz chaud : si l’on observe le spectre de la source à travers ce nuage, on voit le spectre parsemé de raies noires aux longueurs d’onde où le gaz a absorbé la lumière. En revanche, si l’on regarde uniquement le gaz, on découvre un ensemble de raies brillantes aux mêmes positions : le gaz semble absorber la lumière de fréquence précise pour l’émettre ensuite dans toutes les directions.

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