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Partie 2 / Les couleurs de la lumière et de la matière
Activité
expérimentale
Les spectres lumineux des corps chauds
▪ Nous sommes entourés de diverses sources de lumière, les étoiles et les lampes utilisées dans la vie
courante : lampe à incandescence (lampes de chevet), lampe fluorescente (lampes à « économie
d’énergie » des plafonniers des maisons, « néons » des salles de classes), lampe halogène, lampe à
vapeur de sodium (éclairage public)…
▪ Pour observer les lumières émises par ces sources de lumières, on dispose, en premier de notre œil,
mais également de prismes, de réseaux, de spectroscopes (dispositifs plus complets, comportant une
fente et un réseau, ou éventuellement un prisme)
 Dans ce TP, on s’intéresse aux lumières émises par les corps (solides, liquides ou gaz) portés à
haute température
Lumière émise par une lampe à incandescence
- Brancher une lampe aux bornes d’un générateur puis faire varier l’intensité du courant traversant la lampe.
- Observer à l’aide d’un réseau ou
d’un spectroscope, la lumière émise par le filament très faiblement éclairé
 Qu’observe-t-on ?
 Qu’observe-t-on ?
- Observer maintenant à l’aide d’un réseau ou
d’un spectroscope, la lumière émise par le filament bien blanc
 Dessiner le spectre observé lorsque le filament faiblement chauffé est rouge (T=1500 K)
 Qu’observe-t-on ?
 Que peut-on conclure sur les spectres des
lumières émises par les corps chauds ?
 Dessiner le spectre observé lorsque le filament fortement chauffé est blanc (T = 2700K)
 Comment peut-on qualifier ce genre de spectre ?
Vers la loi de Wien...
Températures de surface des étoiles
▪ Bételgeuse et Bellatrix sont deux étoiles appartenant à la constellation d’Orion qui est très
facilement visible dans le ciel des nuits d’hiver
La température de surface est de 3 500 K pour
Bételgeuse et de 28 000 K pour Bellatrix.
 D’après ces données et de ce qui a été vu
précédemment sur la couleur du filament chauffé de la lampe à incandescence, quelle devraitêtre la couleur de ces étoiles?
 Comment peut-on expliquer les couleurs réelles de Bételgeuse et de Bellatrix (rouge pour
Bételgeuse et bleue pour Bellatrix) ?
Le profil spectral
Le graphe suivant
représente l’intensité
lumineuse émise en
fonction de la longueur d’onde pour des
corps de températures
différentes.
▪ Pour étudier plus en profondeur la lumière
émise par une source lumineuse, on ne peut pas
se contenter de l’observation de son spectre. On
utilise son profil spectral (relevé par des détecteurs électroniques).
T (K)
λM (nm)
▪ Ce profil spectral est une courbe représentant
l’intensité de la lumière émise par la source
en fonction de la longueur d’onde.
 Quelle est la longueur d’onde correspondant
au maximum d’intensité lumineuse à 3500K ? à
5000 K ?
 De manière générale, que peut-on dire de la
longueur d’onde de la radiation la plus intense
lorsque la température augmente ?
3500
826
4500
642
8500
345
9500
305
10500
275
11500
251
12500 13500
231
214
14500
200
15500
186
16500
175
17500 18500
165
156
19500
148
7500
385
2500
1156
5500
526
6500
445
 A l’aide d’un tableur, recopier ces données et
 1

T
tracer la courbe  M  f 
avec λM en m et T en K
 Que remarque-t-on?
La loi de Wien
▪ Dans le tableau ci-dessous, il est donné, pour
plusieurs températures en Kelvin, la valeur de la
longueur d’onde correspondant au maximum
d’émission lumineuse du corps chauffé.
 En déduire une relation entre la longueur
d’onde λM et l’inverse de température.
 Enoncer la loi de Wien
Applications en astronomie
► Application 1
► Application 2
Le profil spectral d'une étoile est représenté cidessous.
Bételgeuse
Température
3 500 K
de surface
Soleil
Bellatrix
5500 K
28 000 K
λM (nm)
 Calculer la longueur d’onde de la radiation
lumineuse la plus intense pour ces 3 étoiles.
 Associer aux trois étoiles, un des trois spectres ci-dessous
 Evaluer λmax, la longueur d'onde de la radiation lumineuse la plus intense émise par cette
étoile.
 En appliquant la loi de Wien, donner une estimation de la température de surface de cette
étoile.
 Conclure sur la couleur de ces étoiles.
 Quels sont les paramètres dont dépend la
couleur d’une étoile ?