SPECTRES et MESSAGE DE LA LUMIERE
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Travaux Pratique PHYSIQUE n°5 SPECTRES et MESSAGE DE LA LUMIERE La rédaction du TP se fera entièrement (sauf si indiqué) sur feuilles annexes Attention à la clarté de votre document et au soin apporté aux schémas. Les schémas seront obligatoirement faits à la règle et seront légendés Sera attaché une grande importance à la rédaction de vos observations, de vos interprétations et de vos conclusions. HISTOIRE et INTRODUCTION : En 1666, Isaac Newton interprète la lumière du Soleil comme la superposition de radiations de différentes couleurs. Un siècle et demi plus tard, les astronomes découvrent que le spectre de la lumière solaire est en fait plus complexe. Les étoiles émettent de la lumière qui se propage dans l’ espace. Avant de nous parvenir, elle traverse l’ atmosphère des étoiles, le vide interstellaire... La lumière peut-elle nous transmettre des informations témoignant de ce voyage et de l’ atmosphère des étoiles ? Ce TP a pour but de nous aider à comprendre ce que nous observons. OBJECTIFS : - Distinguer un spectre d’ émission d’ un spectre d’ absorption. - Reconnaître et interpréter un spectre d’ émission d’ origine thermique - Savoir qu’ un élément chimique ne peut absorber que les radiations qu’ il est capable d’ émettre. - Reconnaître une entité chimique à partir d’ un spectre. ACTIVITE PREPARATOIRE : Dans l’ Univers, tout brille ! Etroite vision que celle de l’ Homme ayant comme seul attribut son œ il nu ; pour appréhender le monde. Il ne peut compter que sur la lumière des étoiles. Que le Soleil disparaisse, et Terre et ciel sombreront dans le noir. C’ est pourquoi, très tôt, on exploita l’ incandescence. Chauffé convenablement, le bois prend feu et la flamme qui en résulte crée un halo de lumière. Des siècles plus tard, c’ est le filament d’ une lampe portée à incandescence qui éclaire la nuit. Les étoiles émettent de la lumière visible et, à l’ œ il nu, on peut même distinguer la lueur rouge de Bételgueuse (une étoile dont la température de surface est de l’ ordre de 3000 °C), de l’ éclat bleuté de Rigel (plus de 11000°C). Entre les deux, notre Soleil, jaune, affiche à sa surface une température de 5000°C. PHOTOS CONSTELLATION ORION http://planet-terre.enslyon.fr/planetterre/objets/Images/ rotation/orion1.jpg 1. Quelles sont les sources de lumière citées dans le texte ? 2. Pourquoi les lumières émises par les étoiles ont-elles des couleurs différentes ? Pour répondre à ces questions, utilisez les connaissances apportées par ce TP, les notions données dans la fiche de synthèse ou votre livre. 1 I – Observation du spectre de la lumière blanche émise par le filament d’une lampe. 1. Observation du spectre à l’aide d’un réseau (ou d’un spectroscope à réseau) : - Un réseau est un support transparent comportant un grand nombre de traits très fins parallèles et équidistants (ex. 140 traits par mm). A l’aide du spectroscope, observer une ampoule allumée Conclure : Comme le prisme, un réseau ………………..la lumière Le spectre observé est un spectre ………….……………. et …………………………………………….. . Le phénomène qui entre en jeu est de nouveau la diffraction, mais cette fois en lumière blanche. 2. Influence de la température du filament de la lampe sur la lumière émise ? A l’aide du montage ci-dessus, en utilisant le variateur, on fait varier l’intensité du courant dans l’ampoule. On observe attentivement le filament de cette ampoule avec et sans spectroscope pendant toute la manipulation. a. Comment varie la couleur du filament lorsque l’intensité du courant augmente ? Pourquoi ? b. Comment évolue le spectre de la lumière émise lorsque la température augmente ? Récapitulatif des observations le plus froid le plus chaud COULEUR DU FILAMENT SPECTRE 3. Conclusion : Le spectre de la lumière émise par un corps chauffé est un spectre …..………… ………………. Lorsque la température du corps augmente, le spectre s’enrichit en radiations de couleur…………………………..………, c’est à dire de radiations de…………… longueur d’onde. 4. Questions : Les étoiles ont des couleurs. Parmi elles, certaines sont plutôt rouges, d’autres sont plutôt bleues. a. Quelles sont celles qui ont la température de surface la plus élevée ? la moins élevée ? ……………………………………………………………………………………... ………………………………………………………………………………………. b. Que penser des affirmations suivantes :“l’orangé est une couleur chaude, le bleu et le vert sont des couleurs froides” ? Y a-t-il concordance avec le spectre observé lorsqu’on élève la température d’un corps ? 2 II – Observations de spectres d’émission de lampes à décharge (lampe contenant un gaz à faible pression) Observer à l’aide d’un spectroscope ou d’un réseau, les spectres d’émission de lampes contenant du gaz (néon) ou des vapeurs métalliques (sodium ou mercure). Dans ces lampes, les gaz sont à basse pression et sont, soit portées à haute température soit soumis à des décharges électriques. a) Qu’est-ce qui différencient les spectres de ces lampes du spectre de la lumière blanche ? b) Reproduire, ci-dessous, les spectres observés pour les différentes lampes. Nom de la lampe Couleur de la lumière émise Spectre d’émission de cette lampe Lampe à vapeur de sodium 400 500 600 700 800 Lampe à vapeur de mercure 400 500 600 700 800 Lampe à vapeur de néon 400 500 600 700 800 Longueur d’onde en nm Longueur d’onde en nm Longueur d’onde en nm Conclusion : Le spectre de la lumière émise par un gaz à basse pression ou par des vapeurs métalliques est un spectre……………….. Un tel spectre est caractéristique de ……………………………………… III – Observations de spectres d’absorption 1. Absorption de la lumière par un filtre : A l’aide du montage utilisant le rétroprojecteur, on visualise le spectre de la lumière blanche. Ensuite, on place sur la fente du carton, l’un après l’autre, plusieurs filtres colorés. On dessine les spectres obtenus. Spectre de la lumière blanche Avec filtre bleu Avec filtre jaune Avec filtre rouge Avec filtre vert 3 On en déduit que : Le filtre bleu absorbe ………………………………………………………………. Le filtre jaune absorbe ………………………………………………………………. Le filtre rouge absorbe ………………………………………………………………. Le filtre vert absorbe ………………………………………………………………. 2. Absorption de la lumière par une solution colorée 3. Récapitulatif : Nom de la solution Couleur de la solution Spectre de la lumière 4. Conclusion - Lorsque la lumière traverse une solution, une partie des radiations est……………………….. - Le spectre habituel de la lumière blanche présente donc des raies ou des bandes ………………..à la place des radiations manquantes. : c’est un spectre d’…………………… - Le spectre d’absorption obtenu est caractéristique de …………………………………………. 4 Travaux Pratique PHYSIQUE n°5 INITIATION A L’ ASTROPHYSIQUE http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf A l’aide de ce premier lien, déterminer les raies des atomes d’Hydrogène, de Carbone et d’Hélium. éléments H He C Longueur d’onde des raies (nm) http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_soleil.swf A l’aide de ce second lien, déterminer les longueurs d’ondes des raies d’absorption du spectre du soleil. Longueur d’onde des raies (nm) Identifier les éléments chimiques correspondant à ces raies, ainsi que leur localisation (atmosphère terrestre ou stellaire ?) …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… 5
