Spectres d`émission et d`absorption

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Document du professeur 1/7
Programme : BO spécial n°4 du 29/04/10
L’UNIVERS
Les étoiles : l’analyse de la lumière provenant des étoiles donne des informations sur leur
température et leur composition. Cette analyse nécessite l‘utilisation de systèmes dispersifs.
Les spectres d’émission et
d’absorption : spectres continus
d’origine thermique, spectres de
raies.
Raies d’émission ou d’absorption
d’un atome ou d’un ion.
Caractérisation d’une radiation
par sa longueur d’onde.
Savoir qu’un corps chaud émet un rayonnement continu, dont les
propriétés dépendent de la température.
Repérer, par sa longueur d’onde dans un spectre d’émission ou
d’absorption une radiation caractéristique d’une entité chimique.
Utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres
d’émission et d’absorption et comparer ces spectres à celui de
la lumière blanche.
Savoir que la longueur d’onde caractérise dans l’air et dans le
vide une radiation monochromatique.
Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile :
température de surface et entités chimiques présentes dans
l’atmosphère de l’étoile.
Connaître la composition chimique du Soleil.
Pré requis :
o Décomposition de la lumière par un prisme
o Composition de la lumière blanche (classe de 4ème)
Mots-clé :
o Spectre continu
o Spectre de raies
o Température de source
o Lumière monochromatique
o Lumière polychromatique
Matériel :
Pour un poste :
o Coffret d’optique Réf. : 02348
o Alimentation 6 -12V Réf. : 01981
o Réseau de diffraction 600 traits Réf. : 04444
o Prisme Réf. : 04494
o Spectroscope plat gradué Réf. : 03254
o Source diode laser Réf. : 02996
o Cuve parallélépipédique Réf. : 13233
o Support à cuves Réf. : 13248
Physique – Chimie
SPECTRES D’ÉMISSION ET D’ABSORPTION
Niveau 2nde
THEME : L’UNIVERS

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Document du professeur 2/7
Pour le professeur
o Fente réalisée dans du papier canson noir.
o Rétroprojecteur Réf. : 08351
o Lampe spectrales au sodium Ref. : 06266
o Lampe spectrale au mercure Ref. : 04436
o Alimentation pour lampes spectrales Ref. : 00591
o Béchers (250 mL ) Réf. : 06217
o Solution de sulfate de cuivre (0,15 mol.L-1) Réf. : 01318980
o Solution de permanganate de potassium (0,02 mol.L-1) Réf. : 01699500
Remarques, astuces :
o Le spectre de la lumière blanche obtenu par un réseau sera réalisé au bureau par le professeur mais les
élèves disposeront de spectroscope plats gradués afin d’observer par eux-mêmes les spectres des
lumières émise par las lampes à vapeur de mercure et de sodium.
o Pour le spectre du sodium, avec les spectromètres employés en classe, les élèves ne voient qu’une seule
raie.
Ils peuvent donc conclure, à raison pour eux, que la lumière émise par la lampe spectrale à vapeur de
sodium est monochromatique.
Ce sera au professeur de les détromper en évoquant le doublet du sodium.
o Concernant la réalisation des spectres de bandes (spectres d’absorption), la moitié de la classe
travaillera avec la solution de sulfate de cuivre (II) et l’autre moitié avec la solution de permanganate
de potassium.
o Les écrans seront réalisés à partir de feuilles de carton blanc comme suit :

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Document du professeur 3/7
Objectifs :
 Utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres d’émission et étudier l’influence de
la température de la source.
 Observer des spectres de raies
 Observer ou réaliser des spectres d’absorption
ACTIVITE 1 : Décomposition de la lumière blanche
A. Décomposition par un prisme
1. Réaliser le montage ci-contre à l’aide
de la lanterne du coffret d’optique
alimentée en 12 volts, du prisme
équilatéral et de l’écran
2. Colorier, sur le schéma du montage,
le rectangle correspondant au spectre
en respectant l’ordre des couleurs.
3. Quelle est la lumière colorée la plus
déviée ? La lumière violette
4. Quelle est la lumière colorée la
moins déviée ? La lumière rouge
5. Remplacer la lanterne du coffret par le laser rouge. Qu’observez-vous ?
La lumière est déviée, elle n’est pas décomposée. Le spectre n’est plus formé que d’une seule raie.
Compléter la conclusion ci-dessous avec les mots suivants :
dispersif, violet (2 fois), rouge (2 fois), bande, décomposer, spectre, blanche, polychromatique, continue,
laser, monochromatique, raie colorée, longueur d’onde, base
Physique – Chimie
Thème : L’Univers
SPECTRES D’ÉMISSION ET D’ABSORPTION
Nom :
Prénom :
Classe :
Date :
- Un prisme permet de décomposer la lumière blanche émise par une lampe à incandescence et
d'en obtenir le spectre : le prisme constitue un système dispersif.
- Le spectre de la lumière blanche est constitué d'une bande colorée continue s’étendant du
violet au rouge : la lumière blanche est une lumière polychromatique.
- Un prisme dévie la lumière vers sa base. Il dévie davantage le violet que le rouge.
- Le spectre de la lumière du laser est constitué d’une unique raie colorée sur un fond noir : la
lumière émise par le laser est monochromatique. La raie colorée émise est caractérisée par un
nombre : la longueur d’onde qui s’exprime en nanomètre (nm)

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B. Décomposition par un réseau
Compléter la conclusion suivante avec les
mots ci-après :
réseau, lumière blanche, rouge, violet,
spectre
ACTIVITE 2 : spectre d’émission d’un corps chauffé
1. La lampe à incandescence de la lanterne du coffret d’optique est alimentée normalement en 12 V
alternatif. La température du filament en tungstène est très élevée, la lumière obtenue est blanche.
2. Mettre en place la fente fine, puis le réseau sur la lanterne du coffret d’optique.
3. Observer sur l’écran, le spectre formé par le réseau.
4. Alimenter la lampe en 6 V alternatif. Le filament est alors moins chaud que précédemment.
Observer l’aspect du spectre.
5. Dessiner l'allure du spectre dans chaque cas sur les schémas proposés ci-dessous :
- Quand le filament est très chaud :
- Quand le filament est moins chaud :
Après avoir observé le spectre réalisé sur
l’écran pour toute la classe, dessiner dans
le rectangle de droite du schéma ci-contre
le spectre de la lumière blanche obtenu
par action du réseau.
Un réseau permet d’obtenir le spectre de la
lumière blanche.
Par rapport à la fente centrale, la couleur
la plus déviée est le rouge et la moins
déviée le violet, contrairement au prisme.

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Compléter la conclusion ci-dessous avec les mots suivants :
bleu-violet, température, chaud, continu, élevée, couleur, blanche, rouge au violet, rouge au jaune,
rouge-orangé
Application : La couleur des étoiles
À l’aide de la conclusion précédente, complétez le texte ci-dessous :
ACTIVITE 3 : les spectres de raies d’émission
1. Observer, à l’aide d’un spectroscope, les lumières émises par les lampes à vapeur de sodium et de
mercure
2. Attribuer à chaque élément les spectres d’émisssion représentés ci-dessous. Précisez la couleur de
chacune des lumières observées à l’œil nu.
Indiquez si la lumière émise par les lampes est monochromatique ou polychromatique
Le spectre A a été obtenu avec la lampe à vapeur de sodium.
La lumière observée à l’œil nu est jaune.
Avec nos spectromètres, une seule raie y est visible. On dit que la lumière est monochromatique. Ce spectre est
un spectre de raie d’émission.
Bételgeuse, qui est une étoile rouge, est plus froide que Rigel qui est une étoile bleue.
L’analyse du spectre permet d’accéder à la température de l’étoile.
 Spectre A  Spectre B
Un corps dense (solide - gaz sous forte pression) et chaud émet de la lumière. Le spectre d'émission
du corps chaud est continu et d'autant plus riche en couleurs bleu-violet que sa température est élevée.
La couleur de la lumière émise par le corps chauffé peut donc nous renseigner sur sa température.
Lorsque la lumière émise est blanche, le spectre présente toutes les couleurs du rouge au violet.
Lorsque la lumière émise est rouge-orangé, le spectre présente les couleurs allant du rouge au jaune