Télécharger le fichier - Fichier

Physique - Loi de Wien
Le but de la séance est de découvrir par une analyse de documents et une activité expérimentale ce qu'est
la loi de Wien. Pour cela, trois documents sont présentés ci-dessous, et une manipulation vous fera percevoir
l'utilité de cette loi.
Vous devrez rendre un compte-rendu pour deux à la n de la séance ; la première partie de ce compte-rendu
devra répondre aux questions posées, tandis que la seconde sera une synthèse de ce que vous avez compris sur la
loi de Wien (introduction, développement et conclusion attendues).
Manipulation : spectre d'émission d'un lament chaué
Document 1 : Un bref historique
L'Homme a toujours pu observer qu'un objet très chaud était lumineux, que ce soit dans le cas d'une combustion
lente (allumette, charbon, ...) ou lors de réactions nucléaires (étoiles). Les forgerons avaient d'ailleurs très tôt
remarqué le phénomène d'incandescence : en chauant intensément un morceau de métal, celui-ci virait d'abord
au rouge, puis au blanc. Au-delà de 8000C à 9000C, on peut même commencer à observer une teinte bleutée
provenant du métal. C'est à la n du XIXe siècle que Wilhelm Wien (prix Nobel de physique en 1911) formulera
la loi qui portera a posteriori son nom :
λM T = constante = 2898 × 10−6 m.K
Ici, λM représente la longueur d'onde correspondant au pic d'émission lumineuse du corps chaud à la température T . Ainsi, si une étoile a une température de surface de T = 6000 K, elle émettra un maximum de lumière
2898 × 10−6
àλ=
= 483 nm.
6000
Max Planck (prix Nobel de physique en 1918) généralisera les résultats de Wien quelques années plus
tard à l'aide de la loi de Planck, qui modélise le spectre d'émission d'un corps chaué à une température T .
Document 2 : Représentation graphique de la loi de Planck
5500K
Spectral energy density / kJ/m3nm
8E+11
6E+11
5000K
4E+11
4500K
2E+11
4000K
3500K
0
0
500
1000
1500
2000
Wavelength / nm
Figure 1 Densité spectrale d'énergie en fonction de la longueur d'onde, à diérentes températures.
NB : La courbe ci-dessus représente, à un facteur près, l'intensité lumineuse émise par un corps.
Document 3 : Température de quelques étoiles
Etoile
Soleil Sirius
Rigel Étoile de Barnard
Température de surface (K) 5 785 9 940 11 000
3 134
Couleur
Jaune Blanche Bleue
Rouge
1
Questions
À répondre de manière concise...
1. Rappeler sur quelle gamme de longueurs d'onde le domaine visible du spectre électromagnétique s'étend.
De quoi est composée la lumière blanche ?
2. À l'aide du document 2, vérier la loi du déplacement de Wien (on justiera la démarche).
3. Justier la couleur du métal incandescent au fur et à mesure de son chauage.
4. Déterminer les températures des diérentes étoiles du document 3. Peut-on faire un lien entre la couleur
d'une étoile et sa température ? Justier. On pourra s'aider de l'animation.
Synthèse
En vous aidant des questions auxquelles vous venez de répondre, ainsi que de l'expérience que vous avez pu
observer, rédigez une synthèse (une à deux pages) sur la loi du déplacement de Wien (explication de phénomènes
de la vie courante, utilisation de cette loi pour les physiciens, etc.). Des schémas seront grandement appréciés.
Attention : la synthèse ne doit pas être un simple copiage des réponses aux questions ! Un plan bien construit
est attendu, avec introduction et conclusion.
2