Cours de physique 2nde – chapitre I
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2nde – cours de physique - univers 4 SPECTRES LUMINEUX 1. Observation d’un spectre lumineux 1.1. Qu’est-ce qu’un spectre lumineux ? Un spectre lumineux est la figure, constituée d’un ensemble de raies ou de bandes colorées juxtaposées, obtenue par la décomposition d’un faisceau de lumière par un système dispersif. 1.2. Systèmes dispersifs Un système dispersif est un dispositif qui provoque la dispersion de la lumière. La dispersion est la séparation des différents radiations lumineuses monochromatiques constituant un faisceau lumineux. Une radiation lumineuse monochromatique correspond à une lumière d’une seule couleur. Elle se comporte comme une onde, elle est caractérisée par une longueur d’onde notée λ dont l’unité est le nanomètre (nm) Exemples de systèmes dispersifs le prisme de verre : lorsqu’un faisceau lumineux traverse un prisme, il est à la fois réfracté (les rayons lumineux sont déviés lors du changement de milieu transparent) et dispersé (la déviation est différente pour les radiations lumineuses). le spectroscope à réseau : dans ce cas, ce n'est pas la réfraction de la lumière qui est à l'origine de la dispersion, mais un autre phénomène physique. 2. Spectres d'émission 2.1. Lumière émise par un corps incandescent La lumière émise par un corps incandescent (filament d’une lampe à incandescence, Soleil...) présente un spectre continu. La couleur de la lumière émise et la composition du spectre dépendent de sa température. Plus le corps est chaud plus il s’enrichit en radiations de faibles longueurs d’onde. La lumière blanche (émise par le Soleil ou le filament d'une lampe à incandescence) est polychromatique. Elle est constituée de l'ensemble des radiations lumineuses monochromatiques dont la longueur d'onde varie entre 400 et 750 nm environ. 2.2. Lumière émise par une lampe à décharge La lumière émise par des lampes à décharges électriques contenant un gaz ou des vapeurs métalliques sous faible pression présente un spectre de raies. Un spectre de raies est caractéristique d’une entité chimique (atome ou ion) ; c’est, en quelque sorte, la signature de cette entité chimique. Chaque raie correspond à une radiation déterminée. monochromatique de longueur d’onde, bien Exemple : le spectre d’émission de la vapeur de sodium présente deux raies jaunes très rapprochées correspondant à des radiations lumineuses de longueur d’onde égales à 589,0 et 589,6 nm. 3. Spectres d’absorption Le spectre de la lumière blanche ayant traversé un milieu transparent coloré présente des bandes sombres. Les radiations correspondantes ont été absorbées. L’étude du spectre d’absorption d’une substance chimique permet d’identifier les entités chimiques qu’elle contient. Une entité chimique (atome, ion ou molécule) ne peut absorber que les radiations qu’elle est susceptible d’émettre. Les spectres d’émission et d’absorption d’une même entité chimique sont donc complémentaires. 4. Application à l’astrophysique L’étude de la lumière émise par une étoile permet d’avoir des informations la concernant : 4.1. Couleur de l’étoile La couleur de l’étoile permet de connaître sa température superficielle. Température moyenne (° C ) 3 000 5 500 8 000 > 11000 Couleur rouge orangé jaune blanche bleutée exemple Bételgeuse Soleil Sirius Rigel 4.2. Composition chimique Le spectre de la lumière émise par une étoile est continu mais présente de nombreuses bandes noires. Ces bandes noires correspondent aux radiations lumineuses absorbées lorsque la lumière émise traverse l’atmosphère de l’étoile. Les raies d’absorption sont caractéristiques des atomes et des ions présents dans son atmosphère (voir activité n° 2). Le Soleil est essentiellement constitué d'hydrogène (H) et d'hélium (He)
