Les messages de la lumière

Que voir dans la lumière ! ?
OBJECTIFS :
- Distinguer des spectres d’émission et des spectres d’absorption
- Exploiter un spectre
- Rédiger un compte-rendu et acquérir le vocabulaire noté en caractère
gras
I Une source émet de la lumière
Les sources primaires de lumière sont essentiellement de 2 types : des objets incandescents (lumineux car portés à haute
température) et des gaz excités.
Lumière
1°) Classer les sources de lumière suivantes selon les 2 catégories citées :
lampe halogène, lampe à incandescence (possédant un filament) ;
lampe à économie d’énergie ; Soleil ; lampe à vapeur de sodium ;
étoile ; lampe à vapeur de mercure, bougie, lampe néon (plafond).
a) A l’aide d’un spectroscope, observer les différentes sources
lumineuses présentes dans la classe.
2°)
réseau
oeil
fente
Un spectroscope est un appareil
qui permet de décomposer une
lumière et d’en donner son
spectre.
b) Classer à nouveau les différentes sources lumineuses selon l’allure du spectre observé. Trouver des
qualificatifs pour décrire les spectres.
c) Quel lien y-a-t-il entre le classement des sources lumineuses et le type de spectre observé ?
d) Dessiner le spectre de la lampe à incandescence correspondant au spectre de la lumière blanche et
celui de la lampe à vapeur de mercure.
3°) A propos des spectres continus : Dans le montage suivant, le rhéostat permet de faire varier l’intensité
du courant dans le circuit donc la température (à vérifier à l’aide du thermomètre) et l’éclat du filament de la lampe.
Dessiner le spectre observé lorsque :
a) Lampe sous-alimentée
Rh
Quelle incidence à la température
d’un objet lumineux sur le spectre
observé ?
b) Lampe en
G
fonctionnement normal
(
1
2
V
G 4°) A propos des spectres de raies : observer à l’aide de l’ordinateur les spectres d’émission de l’élément
V hydrogène, hélium et sodium (Noblet). Que constatez-vous ?
II La lumière traverse la matière
La lumière interagit avec la matière qu’elle traverse.
1er cas : Absorption de la lumière blanche par une solution violette de permanganate de potassium : expérience avec
le rétroprojecteur
2ème cas : Absorption de la lumière blanche par une vapeur d’atomes (utilisation de l’ordinateur :
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf
Dans chaque cas il s’agit d’un spectre de raies (ou bandes) d’absorption.
Conclusion : Quelles radiations absorbent les vapeurs d’un élément chimique à l’état gazeux lorsqu’elles sont traversées par
de la lumière blanche ?
III Application à l’astrophysique
Informations préliminaires :
La lumière que les étoiles nous envoient peut être analysée à l’aide d’un spectroscope. Cette étude nous fournit des
renseignements précieux sur cet astre.
Les étoiles émettent un spectre continu produit par les régions internes qui sont très chaudes ; le rayonnement traverse
ensuite les régions superficielles qui sont plus froides et jouent le rôle d’un absorbant.
Le spectre d’une étoile se présente donc comme un spectre continu comportant de nombreuses raies noires (raies
d’absorption) dues aux éléments chimiques présents dans son « atmosphère ».
Etude
Etude d’un
d’un spectre
spectre de
de lumière
lumière :
1°) Le spectre de la lumière provenant d’une étoile comporte des raies noires sur un fond continu. A quoi correspond
le fond continu ? Pourquoi observe-t-on des raies noires sur ce spectre ?
2°) Les fonds continus des spectres de trois étoiles différentes sont les suivants :
Etoile
Etoile11
Etoile
Etoile22
Etoile
Etoile33
Classer ces étoiles par température de surface croissante. Justifier.
3°) L’observation du spectre de la lumière provenant d’une étoile mystérieuse donne :
On sait que la couche superficielle de cette étoile n’est constituée que d’un seul élément, X ou Y. Les spectres d’émission de
ces éléments sont connus et donnés ci-dessous. Quel est celui contenu dans la couche qui entoure l’étoile ? Pourquoi ?
X
Y
4°) Application : déterminer la composition d’une étoile à l’aide d’un logiciel.
IV A retenir
Compléter puis coller le récapitulatif distribué à la fin de votre compte-rendu.

Un corps chaud (solide incandescent, étoile) émet une lumière dont le spectre est continu.Un tel spectre contient toutes les
radiations visibles.
Un gaz sous pression faible et à température élevée émet une lumière comptant un petit nombre de radiations : on obtient
un spectre de raies. A chacune de ces raies est associée une des radiations qui composent cette lumière.
Chaque élément possède son propre spectre de raies : c’est sa signature.
Les deux spectres précédents sont des spectres d'émission.
L’allure du spectre d’émission d’un corps fortement chauffé dépend de sa température : plus celui-ci est chaud et plus le spectre continu
s’étale du côté des radiations bleues-violet.

Un gaz à basse pression et à basse température traversé par une lumière blanche absorbe un petit nombre de radiations
(celles qu'il est capable d'émettre lorsqu'il est chaud). C'est un spectre d'absorption.
Sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche, on observe des raies noires

En examinant le spectre de la lumière émise par une étoile, on peut déterminer sa température de surface et la
composition de son atmosphère