Thème L'univers Chapitre 4 Analyser les informations en provenance des étoiles Chapitre 4 Spectres d'émission et d'absorption ; analyse spectrale Lire le §A du modèle des spectres Activité 1 : Premières utilisation d'un spectroscope … Vous disposez d'un spectroscope à réseau, qui permet de visualiser des spectres. À travers ce spectroscope : 1. Observer le ciel, de jour et représenter 2. Observer ensuite la lumière produite par les lampes de la salle approximativement le spectre ci-dessous. et représenter le spectre, en expliquant en français les différences par rapport au spectre de la lumière du jour. -------------- Activité 2 : Lumière émise par un corps chauffé Partie A – Étude du spectre de la lumière émise par une ampoule à incandescence On dispose d’une ampoule à filament dans laquelle on peut faire passer un courant d’intensité plus ou moins grande. Pour ceci on utilise une résistance variable. Plus l'intensité du courant est importante, plus le filament de lampe s’échauffe. a) 1. Prévoir ce qu’on va observer lorsque l’on augmente l’intensité du courant qui traverse la lampe : b) en termes de couleur de la lumière : en termes de spectre de la lumière émise. Couleur de la lumière Spectres 2. Observation du filament de la lampe a) En utilisant le spectroscope, indiquer si vos deux prévisions sont réalisées. Observations Couleur de la lumière Spectres b) En déduire l’influence de la température sur le spectre de la lumière émise. 3. Chauffer un métal dans une flamme. a) Indiquer la couleur émise par une tige de fer qui commence à être chauffée dans une flamme. b) Justifier l’expression « Chauffer à blanc ». Lire le paragraphe B1. Partie B – Une interprétation de la couleur des étoiles Ce que nous venons de mettre en évidence (influence de la température sur le spectre d'émission) est compatible avec ce que nous avons évoqué au chapitre 3 sur l’influence de la température d’une étoile sur son spectre. Redonner à chaque étoile sa température de surface parmi : 3000 °C ; 5500 °C ; 8000 °C ; 10 000°C Température moyenne Couleur Etoile bleutée Rigel blanche Procyon rouge Bételgeuse Soleil Thème L'univers Chapitre 4 Activité 3 : Spectres d'émission de différentes lampes. Une lampe spectrale contient un gaz, lorsque celui-ci est excité il émet une lumière que l’on peut analyser avec un spectroscope 1. Pourquoi peut-on dire que le spectre de la lumière émise par ces lampes ne sera pas du même type que celui du Soleil ? 2. Observez à l’œil nu la lumière émise par une lampe à vapeur de mercure puis celle d’une lampe à vapeur de sodium, et compléter le tableau ci-dessous (colonne du milieu). 3. Observez, à travers le spectroscope à réseau la lumière émise par chacune des deux lampes. Dessinez et décrivez les spectres des lumières émises par ces 2 lampes en remplissant le tableau ci-dessous. Faites de même avec la lampe à hydrogène et un spectroscope à prisme plus performant. Nom de la lampe Couleur de la lumière émise Spectre d’émission de cette lampe lampe à vapeur de mercure lampe à vapeur de sodium lampe à hydrogène 4. En quoi ces spectres sont très différents des spectres de la lampe à filament ? A la fin de l'activité, lire le paragraphe B2. -------------- Activité 4 : Des spectres qui semblent incomplets. On dispose de quatre tubes à essais ou des cuves contenant : du sirop de menthe dilué ; une solution de permanganate de potassium ; une solution de sulfate de cuivre ; une solution de chlorure de sodium (de l'eau salée). Expérience : entre la lumière du soleil (ou une source de lumière blanche) et le spectroscope à réseau, on intercale successivement un petit tube à essai (ou une petite cuve) contenant une des 3 solutions. Observer la lumière transmise et compléter le tableau suivant. Compléter la dernière colonne en essayant d'expliquer pourquoi on voit des bandes noires. Nom de la solution Couleur de la solution sirop de menthe dilué solution de permanganate de potassium solution de sulfate de cuivre solution de chlorure de sodium Lire la fin du modèle des spectres (paragraphe C). Spectre de la lumière Interprétation Thème L'univers Chapitre 4 Activité 5 : Détermination de la composition d’une étoile à l’aide de son spectre Partie A – Interprétation du spectre de la lumière des étoiles Lire le document 2. On a vu dans le chapitre 3 que les raies noires sur le spectre d’une étoile permettent de connaître sa composition chimique. Cette affirmation mérite d’être précisée : 1. Pour le soleil, quelle est la couche responsable de ces raies noires ? 2. Pourquoi peut-on en tirer une information sur la composition chimique de la couche ? Indiquer quel paragraphe du modèle des spectres vous utilisez. -------------- Activité 5 - Partie B - Détermination de la composition chimique de l’étoile Deneb : On va utiliser le simulateur « Analyse-spectrale ». Lancer ce simulateur. L’écran de droite représente une zone du ciel visible en été (appelée « le triangle d’été »). 1. Rechercher l’étoile Deneb et cliquer dessus. Son spectre apparaît. Utiliser ensuite les fonctionnalités du logiciel pour déterminer quels éléments chimiques, parmi ceux proposés, composent les couches externes de Deneb. Faire la liste de ces éléments. S’il reste du temps : déterminer la composition des couches externes des autres étoiles visibles à l’écran. Document 2 : Structure de notre étoile, le Soleil Dans une description simplifiée, le Soleil, comme la plupart des étoiles, peut être décomposé en 4 « couches » : Le noyau : C’est la partie centrale du Soleil. La température y vaut en moyenne 15,5 millions de degrés. Des réactions de fusion nucléaire s’y produisent, qui sont à l’origine de l’énergie produite par l’étoile. La zone de radiation et de convection : C’est une couche de gaz à l’intérieur de laquelle la chaleur produite par le noyau de propage vers l’extérieur de l’étoile. La photosphère : Il y règne une température de quelques milliers de degrés. C’est une couche de matière qui émet de la lumière blanche dont le spectre est continu. La chromosphère : Il s’agit d’une couche gazeuse qui est constituée d’ions et d’atomes. chromosphère noyau photosphère zone de radiation et de convection