Activité expérimentale N°2 (P4)
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Activité documentaire et expérimentale N°2 (P4) La loi de Wien Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien (1864-1928) était un physicien allemand. Il a reçu le prix Nobel de physique de 1911 « pour ses découvertes sur les lois du rayonnement thermique ». 1- Spectre lumineux d’une lampe à incandescence : Expérience : On fait varier l’intensité qui traverse le filament de la lampe du maximum au minimum en observant simultanément la couleur de la lumière émise par le filament et l’allure du spectre à l’aide d’un spectroscope. Intensité du courant Couleur du filament et de la lumière émise Allure du spectre à travers le spectroscope (intensité lumineuse et couleurs) maximum minimum Réinvestissement : Ouvre le fichier « loi de Wien », double-clique « index.htm » et sélectionne « couleurs et température ». Exploitation et conclusion : a) Comment évolue la température du filament de la lampe lorsque l’intensité qui traverse le filament augmente ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b) Que peut-on en conclure sur le spectre lumineux d’un corps fortement chauffé ? ………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Conclusion : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………... ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2- Courbes d'émissions de "corps noirs" de référence : Profil spectral : Retourne à « l’accueil » et sélectionne « Corps noir ». Lis les consignes pour obtenir le graphique. Le profil spectral d’un corps chaud est la courbe qui représente la puissance surfacique spectrale des radiations émises par ce corps en fonction des longueurs d’onde de ces radiations. ATTENTION : Les températures indiquées sont exprimées en kelvin (K). Pour convertir : T (en K) = θ (en °C) + 273,15 Etude du profil spectral : a) Rappelle la gamme des longueurs d’onde du visible dans le vide ou dans l’air en précisant les couleurs aux valeurs limites : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b) Place approximativement sur le graphique les limites du domaine visible. c) Le maximum des courbes se situe-t-il toujours dans le domaine du visible ? Justifie. ………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… d) Complète la phrase : Un corps noir à 9 000 K apparaît …………………………………… car sa puissance surfacique spectrale est …………………………………………………… dans la partie bleue du spectre. e) Comment évolue la longueur d’onde, notée λmax, associée au maximum de puissance surfacique spectrale lorsque la température diminue ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… f) Quelle est la couleur apparente d’un corps noir à 5000 K ? Justifie. ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3- La loi de Wien appliquée à l’étude des étoiles : Pour mesurer la température de surface d'une étoile avec plus de précision, une relation entre la longueur d'onde du maximum d'émission λmax et sa température de surface T a été établie, c’est la loi de Wien. Expérience : a) Retourne à « l’accueil » et sélectionne « Loi de Wien ». Lis les consignes pour compléter le tableau ci-dessous : T (K) 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 λmax (nm) λmax représente la valeur de la longueur d’onde correspondant au maximum de luminosité à la température T donnée de la source. b) Copie T, 1/T et λmax dans un tableur grapheur puis trace les graphes : λmax = f (T) et λmax = f (1/T). c) Quel est le graphe le plus simple à exploiter ? ………………………………………………………………………………………………………………………… d) Modélise-le à l’aide du tableur et recopie son équation : ……………………………………………………………………………………………………… Expression de la loi de Wien : La loi de Wien s’écrit : λmax × T = 2,90·106 nm.K avec λmax en ………………………………………… et T en ………………………………………… λmax × T = 2,90·103 μm.K avec λmax en ………………………………………… et T en ………………………………………… λmax × T = 2,90·10-3 m.K avec λmax en ………………………………………… et T en ………………………………………… Le modèle établi dans la question précédente Expérience 3-c) suit-il cette loi ? Justifie ……………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Application de la loi de Wien : a) À l’aide de la loi de Wien, complète le tableau suivant et en utilisant le spectre de la lumière blanche, déduis-en la couleur des étoiles suivantes. Pour vérifier, retourne à « l’accueil » et sélectionne « Températures des étoiles ». Étoile Soleil Bételgeuse Altair λmax (en nm) 480 390 Couleur associée à λmax de la radiation dans le vide Température (en K) 3600 Couleur perçue blanche (reflet bleuté) b) Pour le Soleil, comment expliquer que la couleur perçue dans l’espace ne corresponde pas à la couleur de la radiation associée à λmax ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
