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THEME : l’Univers
TP P3
LES SPECTRES, MESSAGES DE LA LUMIERE
I) SPECTRES D'EMISSION (rappel : une source ……………………. de la lumière)
Définition : c’est le spectre obtenu en analysant la lumière émise par une source.
1) Spectre de la lumière émise par un corps chaud : SPECTRE CONTINU D'EMISSION
Expérience : spectre d'émission d'une lampe à incandescence
prisme ou réseau : permet
de décomposer la lumière
fente
secteur
220 V
rhéostat
Rétroprojecteur
Ecran
A quoi sert le rhéostat ? …
Comment est produite la lumière d'une lampe à incandescence ? …
Comment varie la température du filament quand l'intensité du courant électrique augmente ? …
Faire varier l’intensité du courant électrique du minimum au maximum et remplir le tableau suivant :
Couleur du filament de la lampe
…
…
Température du filament
800°C
2700°C
Spectre observé
400
500
700
600
800
400
500
600
700
800
CONCLUSION
 Lorsqu'on chauffe un corps : il émet un rayonnement …………………….…….. qui dépend de la ………………………..……….. du corps.
 Les spectres d'origine thermique ( = émis par des corps chauds ; ex : SOLEIL, lampe à incandescence) sont des
spectres …………………………………….. ……………………………………..
 Lorsque la température augmente, un spectre d'origine thermique devient de plus en plus ………………………. et
apparaissent successivement les couleurs…………………………………………………………………………………………. , c'est-à-dire que le
spectre s'enrichit de radiations de ….…………… longueurs d'onde. La lumière émise devient de plus en plus ……………………
 Lorsque la température diminue, un spectre d'origine thermique devient de moins en moins………………………………. et il se
réduit vers le ……………………………..…… c'est-à-dire vers les radiations de …………………………... longueurs d'onde : la lumière
émise devient de plus en plus …………………………………
 La couleur d'une source lumineuse thermique dépend de sa …………………………………….………….
2) Spectre de la lumière émise par un gaz « exité »: SPECTRE DE RAIES D'EMISSION (= SPECTRE DISCONTINU)
Expérience
On étudie la lumière émise par des lampes à
décharges. Ces lampes sont constituées d'une
ampoule à l'intérieur de laquelle se trouve un gaz
entre deux électrodes. La lumière est produite par
une décharge électrique entre ces 2 électrodes.
lampe à décharge
Fente
Lentille
Réseau
Compléter les spectres suivants :
Lampe à vapeurs de sodium:
400
500
600
700
Lampe à vapeurs de mercure :
800
400
500
600
700
800
Ecran
CONCLUSION
 Les spectres comportent quelques …………… ………….……… (= ……………….. ) sur fond noir : spectre ………………….………………………..
 Les spectres des lampes à vapeurs (=gaz) de mercure et de sodium sont …………………………………….. : la …………….………. càd la
………………….. des raies caractérisent les atomes des gaz qui émettent ces radiations.
 Un spectre de raies d'émission permet d'identifier ………………………………………………….…. présents dans la source lumineuse.
II) LES SPECTRES D'ABSORPTION
(la lumière …………………… une matière transparente)
C’est le spectre obtenu en analysant ce qui reste de la lumière blanche qui a traversé une substance.
1) Spectres de la lumière qui a traversé une solution colorée : SPECTRE DE BANDES D’ABSORPTION
Expérience
Même montage que dans le I)1) mais on place une solution colorée sur le trajet de la lumière blanche. Observations :
Solution colorée
Sulfate de cuivre
(cyan)
Spectre
Interprétation
Cette solution absorbe la lumière ….
400
600
500
700
laisse passer la lumière ….
800
Permanganate de potassium
( magenta)
Cette solution absorbe la lumière ….
400
500
Rouge neutre
(rouge)
600
700
laisse passer la lumière ….
800
Cette solution absorbe la lumière ….
400
600
500
700
laisse passer la lumière ….
800
Fluorescéine
(jaune)
Cette solution absorbe la lumière ….
400
500
600
700
laisse passer la lumière ….
800
CONCLUSION
Lorsqu'une solution colorée est traversée par la lumière blanche, le spectre obtenu présente des ………………… …………….
sur le fond coloré du spectre de la lumière …………………. : ……………………… ……………………… ………………………………………
Les bandes noires correspondent aux radiations ……………………….. par la solution colorée. La présence de ces bandes
d'absorption à des positions précises est caractéristique de la …………………………………. dissoute dans la solution étudiée.
2) Spectres de la lumière qui a traversé un gaz : SPECTRE DE RAIES D’ABSORPTION
Expérience :
On brûle du sel dans une flamme éclairée en lumière blanche, on décompose la lumière par un réseau ou un prisme
sel : chlorure de sodium en poudre
Fente
Ecran
Lentille
lampe à incandescence
Bec Bunsen
Réseau
Spectre d'absorption du sodium
400
500
600
700
800
Dans le spectre de la lumière blanche, il apparaît …………………. de couleur…………………. : le gaz …………...…. certaines ……………….
Comparer avec le spectre du I)2) : les radiations absorbées par le sodium sont ……………….. que les radiations émises.
CONCLUSION
D'une manière générale une espèce chimique ne peut …………………… que les radiations qu'elle est capable d' ……………..
Les spectres sont « l'empreinte digitale » d’un atome (ou d’un ion ), ils permettent de déceler la ………….….. d'un atome
(ou d’un ion) dans une source de lumière ou dans un milieu absorbant(cf. III) et cf. TP 5)
III)
APPLICATION A L'ASTROPHYSIQUE : MESSAGES DE LA LUMIERE
Nos connaissances sur la structure des étoiles proviennent uniquement de l'analyse du rayonnement que nous en
recevons. On ne posera jamais de sonde spatiale sur les étoiles car elles sont trop lointaines (hormis le soleil ! …) et
trop chaudes.
Le spectres des étoiles (= corps chauds comme le SOLEIL) sont des spectres continus et présentent de nombreuses
raies sombres et permettent donc de connaître :
- leur température de surface en observant l'étendue de leur spectre vers le bleu (cf I)1) .NB : plus un spectre est
étendu, plus la température de surface est élevée.)
- la composition de leur atmosphère externe en analysant les raies d'absorption qui sont spécifiques des atomes
présents dans leur atmosphère (cf II)2).
On peut ainsi classer les étoiles par :
- leur température de surface (les étoiles blanches sont les plus chaudes et les étoiles rouges les moins chaudes),
- la composition de leur atmosphère externe : cf TP P5
APPLICATION A FAIRE A LA MAISON :
1. Le spectre de la lumière provenant d'une étoile comporte des raies noires sur un fond continu.
A quoi correspond le fond continu ?
Pourquoi observe-t-on des raies noires sur ce spectre ?
2. Les fonds continus des spectres de trois étoiles différentes sont les suivants :
Etoile 1
Etoile 2
Etoile 3
Classer ces étoiles par température de surface croissante. Justifier.
3. On utilise un spectroscope pour observer le spectre de la lumière provenant d'une étoile « mystérieuse » :
On sait que la couche superficielle de cette étoile n'est constituée que d'un seul élément, X ou Y.
Les spectres d'émission de ces éléments sont connus et donnés ci-dessous.
Elément X
Elément Y
Quel est l’élément contenu dans la couche superficielle qui entoure l'étoile ? Justifier.