Partie I : Les spectres d`absorption
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Thème : Univers Chap. : Les étoiles TP : Le message des étoiles 2nde But de l’activité : Comprendre les spectres d’absorption et les informations qu’ils apportent. En 1835, Auguste Comte, dans son cours de philosophie, affirme « nous ne saurons jamais étudier, par aucun moyen, la composition chimique des étoiles ». Pourtant aujourd’hui nous savons que les étoiles sont principalement constituées d’hydrogène et d’hélium, leur atmosphère contenant d’autres éléments chimiques. Nous savons également mesurer la température à la surface de ces astres sans jamais y être allé. Comment fait-on pour mesurer la température et déterminer la composition chimique d’un astre inaccessible ? Partie I : Les spectres d’absorption Dans cette partie du TP, nous allons déterminer ce qui se passe lorsque de la lumière blanche traverse un milieu (solution ou gaz) sur le chemin vers l’observateur. A. Spectre de bandes d’absorption On dispose de 3 cuves contenant chacune une solution différente : Eau, permanganate de potassium (violette) et sulfate de cuivre (bleue). On place les cuves une à une devant une source de lumière blanche, et on regarde le spectre obtenu à l’aide d’une fente et d’un réseau (voir annexe). 1. Compléter le schéma A1 de l’annexe. 2. Pourquoi parle-t-on de spectre d’absorption ? Et pourquoi décrit-on ces spectres comme des spectres de bandes ? 3. Observer les couleurs transmises par chaque solution et expliquer la couleur des solutions à partir de leur spectre. B. Spectre de raies d’absorption Définition : Lorsqu'un gaz est traversée, à basse température, par de la lumière blanche, le spectre obtenu est constitué de raies noires distinctes se détachant sur un spectre continu coloré. On parle alors de spectre de raies d’absorption. 4. Comparer les spectres d’émission et d’absorption du mercure, puis ceux de l’hydrogène. Que peut-on conclure sur les radiations (couleurs) absorbées par rapport aux radiations (couleurs) émises ? 5. Quelles informations un spectre (d’émission ou d’absorption) de raies peut-il fournir ? 6. Supposons que de la lumière blanche traverse un mélange de gaz hydrogène + mercure. Dessiner sur le schéma A2 le spectre d’absorption alors observé. Document 1 : Spectres d’absorption (haut) et d’émission (bas) de différents gaz. Seules les raies principales sont présentées. Mercure (Hg) Hydrogène (H) Partie II : Spectre d’une étoile 7. Décrire précisément l’allure du spectre du Soleil (différentes parties). 8. Expliquer l’allure du spectre (l’origine de chaque partie) en se basant sur le modèle de l’étoile. 9. La chromosphère du Soleil apparait verte (proche du vert-bleu) : c’est la couleur du maximum d’intensité. En déduire la température de la surface solaire, en détaillant le raisonnement. 10. A partir du spectre, confirmer que l’atmosphère solaire contient les atomes suivants : Calcium, hydrogène, hélium, magnésium. Détailler précisément le raisonnement. 11. Quels autres atomes pourraient faire partie de la composition de l’atmosphère solaire ? Justifier. Document 3 : Relation entre longueur d’onde du maximum d’intensité et température d’un Document 2 : Modèle d’une étoile corps Document 5: Longueurs d’onde de quelques Document 4 : Spectre du Soleil Seules les raies les plus intenses sont représentées raies d’émission Note : il suffit d’une seule raie pour supposer que l’atome est présent. Atome Calcium Fer Hydrogène Hélium Magnésium Sodium (nm) 431 431, 467, 496, 527 410, 434, 486, 656 471, 501, 588, 668 517, 518 589, 590 Annexe Schéma A1 : Spectre de bandes Solution : Eau Couleur : Transparent Spectre : Solution : Permanganate de potassium Couleur : Violette Spectre : Solution : Sulfate de cuivre Couleur : Bleue turquoise Spectre : Schéma A2 : Spectre à travers un mélange de gaz H + Hg Annexe Schéma A1 : Spectre de bandes Solution : Eau Couleur : Transparent Spectre : Solution : Permanganate de potassium Couleur : Violette Spectre : Solution : Sulfate de cuivre Couleur : Bleue turquoise Spectre : Schéma A2 : Spectre à travers un mélange de gaz H + Hg
