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Signal

Signal

Catégorie:Optique Catégorie:Transport Catégorie:électricité Catégorie:électronique Catégorie:Communication Un signal est un message simplifié et généralement codé.
- Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières.
- Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour communiquer entre eux à distance.
- Le signal électrique est une des formes les plus récentes de signal.
- Un signal dans le domaine informatique et de la communication inter-processus.
- Une marque de dentifrice. Voir aussi :
- Traitement du signal ja:信号

Catégorie:Optique

Catégorie:Physique catégorie:électromagnétisme Article principal : Optique ja:Category:光学 ko:분류:광학

Catégorie:Communication

Catégorie:Organisation sociale Catégorie:Techniques et sciences appliquées ja:Category:通信

Lumière

La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain. Outre la lumière visible, par extension, on appelle parfois « lumière » d'autres ondes électromagnétiques, tels que ceux situés dans les domaines infrarouge et ultraviolet.

Théories sur la lumière

La lumière, comme tout phénomène de déplacement, peut se concevoir comme une onde ou comme un flux de particules (appelées en l'occurrence photons). Les lois de Maxwell, ou à une échelle plus humaine les lois de l'optique géométrique, décrivent bien le comportement de ces ondes. Cette description classique est tout fait valide et très utilisée au sein de la communauté scientifique. Cependant, elle n'explique pas la quantification de l'énergie transportée par le rayonnement, phénomène observé et expliqué par Albert Einstein dès 1913 en postulant l'existence des photons. Toutefois, la physique moderne considère que chacun de ces photons peut lui-même être considéré comme une onde (ce qu'on appelle la dualité onde-particule ou onde-corpuscule en mécanique quantique).
- Photons
- Perception des couleurs

Vitesse de la lumière

La vitesse de la lumière dans le vide, c (comme célérité), est une constante de la physique. C'est la vitesse maximale permise pour tout déplacement d'information ou d'un objet matériel par la théorie de la relativité. Cette propriété a été induite de l'expérience d'interférométrie de Michelson et Morley et a été clairement énoncée par Albert Einstein en 1905. De ce fait, la vitesse de la lumière est exacte, car elle ne dépend pas d'une mesure (imprécise et susceptible de changement avec des progrès de mesure). D'autres unités sont définis à partir de la vitesse de la lumière (Cf. infra).

Addition des vitesses et célérité

La loi d'addition des vitesses v'=V+v est à peu près vraie pour des vitesses faibles par rapport à la vitesse de la lumière. :Du point de vue de la physique classique, un voyageur marchant dans un train a, par rapport au sol, une vitesse égale à celle du train plus (vectoriellement) sa propre vitesse de marche dans le train. Et l'on écrit d =(V+v) t = Vt +vt = la distance parcourue par le train + la distance parcourue dans le train = la distance parcourue par le voyageur par rapport au sol dans le temps t qui est classiquement le même dans le train et au sol, ce qui implique la loi classique d'addition des vitesses. Ceci n'est qu'une approximation, qui devient de plus en plus fausse à mesure que la vitesse v considérée augmente. Un photon va à la même vitesse c que ce soit par rapport au sol ou par rapport au train ! La loi V + c = c' est donc fausse dès lors que c = c' pour V différent de zéro. La loi d'addition des vitesses n'est qu'une approximation de la loi dite de transformation sur les vitesses de Lorentz (appelée parfois d'addition des vitesses, ou plus correctement loi de composition des vitesses). Ce résultat est une des caractéristiques de la relativité restreinte ; la loi de composition des vitesses issue des transformations mathématiques de Lorentz donnent à la limite des faibles vitesses (par rapport à la vitesse c) les mêmes résultats que les transformations de Galilée.

Vitesse de la lumière dans les matériaux

A noter : la vitesse de la lumière n'est pas toujours la même dans tous les milieux et dans toutes les conditions. Par exemple, les écarts de vitesse observés entre deux milieux sont à l'origine du phénomène de réfraction qui permet le fonctionnement des lentilles. Les écarts sont généralement assez faibles, ce qui a permis à beaucoup de gens de parler de vitesse de la lumière au lieu de vitesse de la lumière dans le vide. Mais dans certains cas, une onde lumineuse peut être considérablement ralentie. Les physiciens sont parvenus à ralentir la propagation lumineuse jusqu'à quelques mètres par seconde dans des cas extrêmes.

Utilisation dans le SI

De nos jours, la plupart des unités du système international sont définies à partir de la célérité de la lumière. Une vitesse étant le quotient d'une longueur par une durée, on peut donc définir une distance comme étant le produit d'une durée par une vitesse (en l'occurrence c), ou une durée comme la division d'une distance par c.

Mesure de temps

La seconde est définie dans le système international par un phénomène lumineux : c'est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133.

Mesure de distance

- Le mètre, unité du système international de longueur. En 2005, il est défini comme la distance parcourue par la lumière en 1/299.792.458 de seconde. Il s'agit là d'une définition conventionnelle, toute évolution dans la définition de la seconde aurait un impact direct sur la longueur du mètre. Avec la définition actuelle de la seconde, le mètre est donc égal à :

\frac

fois la longueur d'onde de la radiation choisie. On peut également dire que la vitesse de la lumière dans le vide, est précisément 299.792.458 m.s^-1 : il n'y a pas la moindre incertitude sur ce chiffre, l'incertitude ne réside que dans la définition de la seconde.
- Le mètre, avec ses multiples (millimètre, kilomètre), est très pratique pour mesurer les distances sur la Terre, par contre pour les astronomes, il est un peu court et peu adapté (puisque les astronome n'observent pratiquement que de la lumière). En effet, la Lune, l'astre le plus proche de nous, est à 380 000 000 mètres de nous. Le Soleil, l'étoile la plus proche est à 150 000 000 000 mètres. Ce n'est pas très pratique !! Avec le principe décrit précédemment (distance = c x durée), on définit l'année-lumière comme étant la distance que la lumière parcourt en 1 an. Ainsi le Soleil n'est plus qu'à 8,32 minutes-lumière de nous. Et la Lune à seulement un peu plus d'1 seconde-lumière. L'année-lumière vaut 10 000 000 000 000 000 de mètres (10 millions de milliards de mètres).

Lumière en pratique

Lumières monochromatiques et lumières polychromatiques

La lumière est constituée d'ondes électromagnétiques. De manière générale, une onde est caractérisée par sa longueur d'onde et sa phase. La longueur d'onde correspond à la couleur de la lumière. Ainsi, une lumière constituée d'ondes de la même longueur d'onde, est dite monochromatique. Si en plus toutes les ondes ont la même phase, alors la lumière est cohérente : c'est ce qui se passe dans un laser.

Mesure de la lumière

En matière de mesure de la lumière, il importe de bien définir de quoi on parle
- l'unité de flux lumineux est le lumen = candela.stéradian. Une ampoule électrique courante (15 watts basse consommation ou 75 watts à incandescence classique) produit environ 1500 lumens.
- L'unité internationale d'intensité lumineuse est la candela. La mesure de la lumière est compliquée par le fait qu'on s'intéresse, en pratique, à la lumière visible, alors que la perception humaine dépend de la longueur d'onde : Cf. luminance et chrominance.

Lumières célestes

- Le Soleil et plus généralement les étoiles produisent plus d'énergie qu'ils n'en reçoivent
- La Lune et plus généralement les petits corps célestes (les planètes et leurs satellites, les astéroïdes, les comètes, etc.), produisent moins d'énergie qu'ils n'en reçoivent. Certaines planètes géantes (comme Jupiter ou Saturne) produisent un peu plus d'énergie qu'elles n'en reçoivent, mais pas suffisamment pour être visibles. Dans les deux cas, ces corps sont lumineux par réflexion de la lumière du Soleil.
- les étoiles filantes sont échauffées par la friction avec l'air et finissent par y brûler, les deux phénomènes étant source de lumière

Lumières chimiques

- Certains organismes vivants:poissons, mollusques, lucioles et vers luisants, sont le siège de réactions chimiques productrices de lumières
- Les chauffages intenses, donc les combustions en général, le feu, les feux-follets, produisent de la lumière : : liquide : les lampes à huile, à pétrole, ou à gaz, ... : solide : les bougies, chandelle (chandelier), cierge, ...

lumières quantiques

- la fluorescence, les laser, les lampes à vapeur de mercure ou de sodium, les plasmas tels que ceux produits par les éclairs dans les orages produisent de la lumière issue de phénomènes quantiques au coeur des atomes : l'excitation des électrons ("pompage optique", qui peut être obtenu par simple ), puis la désexcitation de ses électrons, qui retourne à un niveau d'énergie plus habituel, inférieur, en émettant un photon (c'est-à-dire de la lumière).

autres lumières

étincelles produit d'une intense friction, etc.

électriques

Les lumières électriques, sources de lumière de lampadaires, spots, phares, lampes-torches, etc., peuvent utiliser un phénomène de chauffage ou un phénomène quantique.
- ampoule électrique, tube cathodique, tube fluorescent, diode électroluminescente

Vision humaine

voir Œil

Phénomènes optiques

- Diffraction
- Diffusion
- Interférences
- Réflexion
- Réfraction

Imagerie

Voir aussi

Liens externes

[http://www.toutsurlaphysique.fr/src/articles/lumiere/chronolumiere.html Histoire des découvertes] sur le site [http://www.toutsurlaphysique.fr toutsurlaphysique.fr]
- [http://perso.wanadoo.fr/oncle.dom/astronomie/histoire/mesure_de_c/mesure_c.htm La mesure de la vitesse de la lumière] Catégorie:Astronomie Catégorie:Écologie Catégorie:Électromagnétisme Catégorie:Optique Catégorie:Physique Catégorie:Couleur ja:光 ko:빛 ms:Cahaya simple:Light th:แสง

Courant électrique

ko:전류 ja:電流 Catégorie:Électricité Catégorie:Quantité physique

Généralités

Un courant électrique est un déplacement de porteurs de charge électrique. Historiquement, au début de l'étude de la conduction de l'électricité, les scientifiques ont pensé que les particules qui se déplaçaient dans les métaux étaient chargées positivement et ont défini en conséquence un sens conventionnel du courant comme étant le sens de déplacement des charges positives. Plus tard on a mis en évidence que ce sont très majoritairement les électrons, particules chargées négativement, qui se déplacent dans les métaux et qui permettent la circulation des courants électriques. En effet, dans un conducteur métallique, les particules chargées et mobiles sont des électrons peu liés aux atomes auxquels ils appartiennent (on dit que ces électrons se trouvent dans la bande de conduction). On peut considérer qu'ils se déplacent facilement dans le matériau métallique. Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée aux extrémités du conducteur, elle provoque le déplacement de ces électrons, ce que l'on appelle courant électrique. Le réseau des atomes contient des ions positifs : les atomes qui ont perdu un électron. Mais ces derniers, prisonniers du réseau par les liaisons métalliques, sont quasiment immobiles et ne participent que de manière infime à la circulation du courant. En revanche, dans les électrolytes, solutions contenant simultanément des ions chargés positivement et des ions chargés négativement, toutes les particules chargées participent à la circulation du courant. Les charges positives circulent dans le sens conventionnel et les charges négative dans l'autre sens. Les matériaux qui possèdent beaucoup de porteurs de charge libres et qui sont donc facilement traversés par un courant électrique sont dits conducteurs, ceux qui n'en possèdent pas ou très peu sont dits isolants ou diélectriques. L'air est un bon isolant, mais au-delà d'un certain seuil, quand le champ électrique est trop grand, les électrons sont arrachés aux atomes, qui deviennent des particules ionisées ou ions, et l'air devient un plasma. Le plasma étant un conducteur parfait, il laisse passer le courant électrique : de l'éclair à l'étincelle. Certains dispositifs peuvent laisser passer le courant électrique dans un sens, mais pas dans l'autre. C'est le cas des diodes qui sont réalisées à l'aide de jonctions de semiconducteurs dopés différemment : jonction PN ou jonction métal semi-conducteur.

Types de courant

- Courant continu
- Courant alternatif
- Courant sinusoïdal

Sens du courant électrique

Hors des générateurs électriques, donc dans les fils d'alimentation et les consommateurs électriques:
- Sens conventionnel : Le courant électrique va du pôle positif vers le pôle négatif.
- Sens réel : Lorsque les porteurs de charges sont des électrons (cas le plus fréquent), leur mouvement effectif est du - vers le + (Sens de déplacement des électrons chargés négativement donc attirés par le positif). A l'intérieur des générateurs électriques où l'on crée le potentiel qui permet aux charges de se mettre en mouvement, les électrons se déplacent de la borne positive vers la borne négative. Ceci est rendu possible grâce à la conversion d'une autre forme d'énergie (ex: l'énergie électrochimique dans le cas d'une pile).

Intensité du courant

L'intensité du courant électrique en un point du circuit correspond au débit de la charge passant dans le conducteur en ce point. :

I=

Q en coulombs et t en secondes. L'intensité I du courant électrique se mesure en ampères (unité SI) dont le symbole normalisé est A.

Vitesse de propagation

La propagation de l'influx électrique se fait à une vitesse voisine de celle de la lumière (aux effets capacitifs près), mais ce n'est pas pour autant la vitesse des électrons qui le constituent. Ceux-ci voyagent plus modestement à quelques millimètres ou centimètres par seconde, en fonction de l'intensité du courant et de la section du conducteur (pour en savoir plus: voir Vitesse de l'électricité).

Utilisation du courant

La propagation de l'influx électrique peut servir à son utilisation à distance comme source d'énergie. Ce fut sa principale utilisation au début de l'ère industrielle. Elle peut aussi servir aux transmissions d'informations, depuis le simple télégraphe, jusqu'aux systèmes modernes de traitement et d'échange d'informations (ordinateur, informatique). Dans ce cas, une ou plusieurs caractéristiques du courant électrique sont contrôlées et modulées par l'émetteur de l'information pour construire un signal électrique. Dans le cas du télégraphe, les seules présence et absence (suivant un rythme codé) du courant électrique transmettaient l'information. Le XXème siècle a vu se développer l'utilisation de nombreux autres phénomènes possibles pour contrôler le courant électrique qui sont très largement utilisés en électronique. Grâce à eux, il est possible de traiter le courant électrique (mais aussi les ondes électromagnétiques) comme un vecteur d'informations, un signal électrique (ou électromagnétique) à l'échelle microscopique.

Voir aussi

- Électricité
- Électronique
- Générateur idéal de courant, dit « de Norton »
- Générateur idéal de tension, dit « de Thévenin »
- Le réseau de distribution du courant électrique peut servir de porteur pour transmettre des informations, CPL.
- Vecteur densité de courant

Communication inter-processus

En informatique, les communications inter processus regroupent un ensemble de mécanismes permettant à des processus concurrents (ou distants) de communiquer. Ces mécanismes peuvent être classés en trois catégories :
- les outils permettant aux processus de s'échanger des données ;
- les outils permettant de synchroniser les processus, notamment pour gérer les sections critiques ;
- les outils offrant directement les caractéristiques des deux premiers (ie : permettant d'échanger des données et de synchroniser des processus).

Échange de données

Les fichiers peuvent être utilisé pour échanger des informations entre deux, ou plusieurs processus. Dans ce cas, les processus voulant envoyer des informations écrivent dans un (ou plusieurs) fichier(s) à une certaine position ; les processus souhaitant recevoir ces informations se positionnent aux « bons » emplacement dans un fichier et les lisent. Ce type d'échange est possible entre des processus concurrents, en utilisant le système de fichiers local, ou distants en utilisant un système de fichiers distribué tel que nfs. La mémoire (principale) d'un système peut aussi être utilisée pour des échanges de données. Suivant le type de processus, les outils utilisés ne sont pas les mêmes.
- Dans le cas des processus « classiques », l'espace mémoire du processus n'est pas partagée. On utilise alors des mécanismes de mémoire partagée, comme les segment de mémoire partagée pour Unix.
- Dans le cas des processus légers l'espace mémoire est partagée, la mémoire peut donc être utilisée directement. Dans les deux cas, les échanges sont réalisés en placant les données dans des variables partagées par les processus. Quel que soit la méthode utilisée pour partager les données, ce type de communication pose le problème des sections critiques : le moment où les processus accédent aux données partagées. En effet si deux processus accédent « en même temps » à une ressource, les données risquent de ne plus être cohérentes ; de plus ce type de conflit résulte généralement en un « plantage » de l'un ou de tous les processus concernés.

Synchronisation

Les mécanismes de synchronisation sont utilisés pour résoudre les problèmes de sections critiques et plus généralement pour bloquer et débloquer des processus suivant certaines conditions. Les verrous permettent de bloquer tout ou une partie d'un fichier. Ces blocages peuvent être réalisés soit pour les opérations de lecture, soit d'écriture, soit pour les deux. Les sémaphores sont un mécanisme plus général, ils ne sont pas associés à un type particulier de ressource et permettent de limiter l'accès concurrent à une section critique à un certain nombre de processus. Pour ce faire les sémaphores utilisent deux fonctions : P et V, et un compteur. La fonction P décremente le compteur, si le compteur est négatif le processus est bloqué. La fonction V incrémente le compteur et débloque l'un des processus bloqué. Les signaux sont à l'origine destinés à tuer (terminer) un processus dans certaines conditions, par exemple le signal SIGSEGV tue un processus qui effectue un accès à une zone de mémoire qu'il n'a pas alloué. Les signaux peuvent cependant être déroutés vers d'autres fonctions. Le blocage d'un processus se fait alors en demandant l'attente de l'arrivée d'un signal et le déblocage consiste à envoyer un message au processus. Le problème des mécanismes de synchronisation est que les processus ne sont bloqués que s'ils les utilisent. De plus, leur utilisation est difficile et entraine des problèmes d'interblocage (tous les processus sont bloqués).

Échange de données et synchronisation

Ces outils regroupent les possibilités des deux autres et sont plus simples d'utilisation. L'idée de ce type d'outil est de communiquer en utilisant le principe des files, les processus voulant envoyer des informations les placent dans la file ; ceux voulant les recevoir les récupèrent dans cette même file. Les opérations d'écriture et de lecture dans la file sont bloquantes et permettent donc la synchronisation. Ce principe est utilisé par les files de messages (Message Queue) sous Unix, par les sockets Unix ou Internet, par les tubes, nommés ou non, et par la transmission de messages (Message Passing). Catégorie:Système d'exploitation ja:プロセス間通信

Traitement du signal

Généralités

Le traitement du signal est la discipline qui développe et étudie les techniques de traitement (filtrage, amplification...), d'analyse et d'interprétation des signaux. Elle fait donc largement appel aux résultats de la théorie de l'information, des statistiques ainsi qu'à de nombreux autres domaines des mathématiques appliquées. Les signaux à traiter peuvent provenir de sources très diverses, mais la plupart sont des signaux électriques ou devenus électriques à l'aide de capteurs et transducteurs (microphones, rétines, senseurs thermiques, optiques, de pression, de vitesse, accélération, position, et en général de toutes les grandeurs physiques et chimiques). On distingue essentiellement les signaux analogiques qui sont produits par divers capteurs, amplificateurs, convertisseurs numérique-analogique; les signaux numériques issus d'ordinateurs, de terminaux, de la lecture d'un support numérique ou d'une numérisation par un convertisseur analogique-numérique. Le traitement peut être fait, sans numériser les signaux, par des circuits électroniques analogiques. Il est de plus en plus souvent réalisé par traitement numérique du signal, à l'aide d'ordinateurs, de microprocesseurs, de microprocesseurs spécialisés nommés DSP ou des composants numériques dédiés. Il existe plusieurs branches particulières du traitement du signal, en fonction de la nature des signaux considérés :
- Traitement de la parole (ou plus généralement du son) - pour l'analyse, la compression et la reconnaissance de la parole
- Traitement d'images - pour l'analyse, la restauration et la compression d'images fixes
- Traitement de la vidéo - pour l'analyse et la compression de séquences vidéo

Applications

Parce qu'elles s'appliquent à toutes les étapes d'une chaîne d'acquisition, d'analyse, de transfert et de restitution des données, les techniques du traitement du signal trouvent des applications dans pratiquement tous les domaines de la technologie :
- dans les télécommunications : que ce soit dans le domaine de la téléphonie ou dans le transfert de données numériques terrestre ou via satellite, la compression des données est primordiale pour exploiter au mieux la bande passante disponible, et minimiser les pertes. La suppression d'échos est un autre domaine d'application.
- en audio : on cherche à améliorer les techniques d'enregistrement et de compression pour obtenir la plus grande qualité sonore possible. Les techniques de correction d'écho permettent de réduire les effets de réflexions acoustiques dans la pièce. La synthèse sonore permet en outre de créer des sons artificiels ou de recréer les sons d'instruments naturels. Elle a été à l'origine de nombreux bouleversements en musique.
- l'analyse des échos permet d'obtenir des informations sur le milieu sur lequel les ondes se sont réfléchies. Cette technique est exploitée dans le domaine de l' imagerie radar ou sonar. En géophysique, en analysant les réflexions d'ondes acoustiques, on peut déterminer l'épaisseur et la nature des strates du sous-sol. Cette technique est utilisée dans le domaine de la prospection minière et dans la prédiction des tremblements de terre.
- l'imagerie trouve des applications dans le domaine médical (tomographie, imagerie par résonance magnétique nucléaire), dans le spatial (traitement de photos satellite ou d'images radar). Ce domaine inclut aussi les techniques de reconnaissance de formes et de compression.
- le traitement de séquences vidéo concerne la compression, la réalisation d'effets spéciaux, et l'extraction de descripteurs (reconnaissance de formes et textures, suivi de mouvements, caractérisation etc.) pour les annotations automatiques dans une perspective de bases de données (recherche par contenu).

Voir aussi

Articles connexes

- Dépouillement d'une courbe Catégorie:Traitement du signal ja:信号処理

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- Patriarchate of Serbia
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