Activité d`introduction sur le thème "L`univers"

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.
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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.
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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.
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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