TP n° 14 : Spectres d`émission des corps chauds

TP n° 5 : Spectres d’émission des corps chauds ; Application à l’astrophysique
Le spectroscope simplifié permet d'observer les spectres continus ou discontinus de rayonnement émis par diverses
sources lumineuses : lampe à incandescence, néon, Soleil.
L'objectif est d'observer et de comparer le spectre de diverses sources lumineuses.
I.
Le spectroscope simplifié.
face avec le réseau
face avec la fente
Comment utiliser le spectroscope ?
-
Le spectre du rayonnement s'obtient en interposant un réseau sur le trajet de la lumière.
Ne pas mettre ses doigts sur le réseau, il serait irrémédiablement abîmé ; ni le frotter pour le nettoyer.
Il faut toujours manipuler un réseau en le tenant par le cadre de la monture.
En plaçant le réseau devant œil, on observe un spectre.
- Utilisation du spectroscope simplifié
Ce spectroscope peut être utilisé pour observer le spectre de n'importe quelle source de rayonnement. Cependant
n'observer jamais directement le Soleil avec ce spectroscope.
Pour effectuer une observation avec ce spectroscope, coller votre œil au réseau et orienter le tube vers le source de
lumière.
Réaliser les expériences suivantes et compléter les phrases suivantes.
I. Observation du fond du ciel près du Soleil. (spectre solaire).
Orientons le spectroscope vers le fond de ciel, suffisamment lumineux au voisinage du Soleil.
On observe un spectre ………………….:allant du ……………… au ……………….
II. Observation d'une lampe à incandescence brillante.
On observe un spectre ……………….comme un arc-en-ciel. Lorsque la lampe est alimentée normalement les couleurs
dans le spectre vont du ……………. au ……………. Ce domaine est limité par la sensibilité de notre œil mais toutes les
longueurs d'onde sont émises par un corps chaud.
III. Observation d'une lampe fluorescente
Les tubes fluorescents, parfois appelés « tube néon », montrent un spectre ………………………...
Les couleurs des raies du tube « néon » du laboratoire de Sainte Ursule sont le…………………… ; .……………….. ;
…………………. ; …………………………. ; ……………………… ; ……………………….
Le spectre de raies dépend de la nature du gaz contenu dans le tube. Ces raies sont la "signature" de l'élément chimique
présent. Ces raies en émission se superposent à un spectre continu de plus faible intensité. Faire un dessin.
Application à l’astrophysique
Objectif : Déterminer la nature des éléments chimiques présents dans la photosphère
d’une étoile appelé Rigel située à 800 années-lumière dont le rayon est 84 fois plus grand 420 nm
que celui de notre Soleil.
Le spectre vertical de gauche représente le spectre étalon avec des valeurs de longueurs
d’onde en coïncidence avec quelques raies.
433 nm
2
3
Le spectre vertical de droite numérotée est le spectre de l’étoile Rigel.
I.
Questions préliminaires
470,2 nm
1. Le spectre de l’étoile Rigel est-il un spectre d’absorption ou d’émission ?
2. Le spectre étalon est-il un spectre d’absorption ou d’émission ?
2. Détermination des longueurs d’onde des 27 raies du spectre de Rigel.
2.1. A partir de deux raies de référence, par exemple celle dont les longueurs
d’onde sont égale à 433 nm et 549,5 nm, proposer une méthode qui permettrait
de trouver les autres valeurs de longueur d’onde des 27 raies présentes sur
le spectre de Rigel.
516,2 nm
2.2. Ecrire la relation entre les valeurs des longueurs d’onde  et leur position x sur
le spectre. On prendra x = 0 pour la raie de longueur d’onde  = 433 nm
549,5 nm
2.3 Compléter le tableau suivant :
Raie 1
2
3
4
5
6
7
8
9
560,6 nm
433 nm
Raie 10
11
12
13
14
15
16
17
18
23
24
25
26
27
549,5 nm
Raie 19
20
21
22
1
603,2 nm
3. Identification des éléments présents dans la photosphère de Rigel
Un atome ou un ion est caractérisé par les raies de son spectre.
Voici quelques valeurs de longueurs d’onde des raies d’émission d’atomes et d’ions :
641,6 nm
Hydrogène H :
434,0 nm ; 486,1 nm et 656,3 nm
Hélium He :
447,1 nm ; 471,3 nm ; 492,5 nm ; 501,6 nm ; 504, 8 nm ;
587,6 nm ; 667,8 nm ; 706,5 nm
Ion He+
468,6 nm
Magnésium Mg
516,7 nm ; 517,3 nm ; 518,4 nm
Lithium Li
548,4 nm ; 610,3 nm ; 670,7 nm
677,7 nm
687,1 nm
Les éléments présents dans la photosphère de Rigel sont :.............................................................
4
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.
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