Correction de l`exercice n°1

Correction de l’exercice n°1 : Lumières d’étoiles
1) On a affaire ici à des spectres d’absorption de raies. Le nombre et la position des raies noires
dépendent de la composition chimique (éléments chimiques) de l’atmosphère des étoiles
(chromosphères) qui entourent leur photosphère. On suppose que l’atmosphère de la Terre n’absorbe
quasiment pas de radiations lumineuses… En effet, ce sont ces éléments chimiques qui vont absorber
les radiations lumineuses qui leur sont propres et ceci va bien se traduire pas des raies noires (manque
de lumière) sur les spectres.
2) Les radiations les plus lumineuses du spectre de l’étoile n°2 sont plus décalées vers le violet que sur
l’autre spectre (où il y a moins de lumière violette). Donc, λmax2 < λmax1 et l’étoile la plus chaude est
l’étoile n°2.
3) Pour l’étoile n°1, on a, d’après la loi de Wien :
T1 = 2,90×10-3/λmax1 et λmax1 = 2,90×10-3 / T1 = 2,90×10-3/(θ1 + 273,15) = 5,51×10-7 m = 551 nm.
Correction du problème : Imitation de la lumière du jour
1ère imitation : la lampe à incandescence :
1) a) Il s’agit d’un spectre d’absorption de raies.
b) Le spectre d’émission d’une lampe à incandescence est de type continu, il ne contient donc pas de
raies noires comme celui du Soleil, car il n’y a pas de gaz sous faible pression autour du filament de la
lampe qui pourrait absorber certaines des radiations lumineuses émises, contrairement à la
photosphère du Soleil qui est entourée d’une atmosphère.
2) a) T = θ + 273,15 = 2550 + 273,15 = 2823 K.
D’après la loi de Wien, on a : λmax = 2,90×10-3/T = 2,90×10-3/2823 = 1,03×10-6 m.
b) On a : λmax = 1,03×10-6 m = 1,03×10-6×109 nm = 1,03×103 nm. λmax > 800 nm, la radiation la plus
intense appartient donc au domaine des infrarouges.
3) θ(lampe halogène) > θ(lampe classique), donc le spectre de la lampe halogène est plus étalé du côté
du violet et la radiation la plus intense de ce spectre est aussi décalé du côté du violet par rapport au
spectre de l’autre lampe.
2ème imitation : la lampe fluocompacte de type « lumière du jour » :
4) Il n’y a que quelques valeurs d’énergie perdue car les atomes de gaz (faible pression) ne peuvent
absorber que quelques valeurs précises d’énergie : leurs niveaux d’énergie sont quantifiés.
5) Les électrons vont absorber cette énergie : ils vont passer à un niveau d’énergie plus élevée. Comme
E2 – E0 = -5,55 - (-10,44) = 4,89 eV, ils vont passer de E0 à E2.
E2
E1
Absorption
d’énergie
E
0
6) Il s’agit d’un spectre d’émission de raies.
7) Les ondes électromagnétiques sont composées de particules d’énergie appelées photons.
8) Si les électrons repassent à l’état fondamental (E0), ils vont passer de E2 à E0. ΔE = E = 4,89 eV =
4,89×1,60210-19 = 7,8310-19 J.
E
7,83×10-19
ν=
=
= 1,18×1015 Hz
h
6,63×10-34
c
3,00×108
=
= 2,54×10-7 m
ν
1,18×1015
9) La longueur d’onde correspondant à la radiation la plus fréquemment émise par le gaz mercure vaut λ
= 2,54×10-7 m = 2,54×10-7×106 μm = 0,254 μm. λ appartient à l’intervalle [0,2 μm ; 0,3 μm], donc la
poudre produit des radiations visibles.
10) a) Les pics présents sur les profils des lampes fluocompactes correspondent aux radiations lumineuses
visibles émises par le mercure (sous basse pression) ; elles sont présentes sur le profil spectral de la
lampe à vapeur de mercure.
b) D’après les profils des lampes fluocompactes, la poudre semble être responsable de l’émission d’un
ensemble de radiations visibles (associées à un spectre d’émission continue) qui ne sont pas émises
par le mercure gazeux, ce qui permet de compléter le spectre de façon à ce qu’il ressemble plus à celui
du Soleil (d’où une lumière plus agréable).
λ=