La lumière des étoiles Thème: Univers Sous-thème: Les étoiles I – Spectre d'émission des corps chauffés 1°) Expérience On réalise le spectre de la lumière émise par une lampe à incandescence (p. 256). lampe fente réseau écran On observe sur l'écran le spectre d'émission de la lampe (p. 256). Lorsque la température du filament de la lampe augmente, le spectre s'enrichit de couleurs vers le violet. 2°) Conclusion Les corps chauds émettent de la lumière dont le spectre est continu. Lorsque la température du corps augmente, le spectre s'enrichit vers le violet. Le profil en intensité du spectre d'un corps chaud permet de mesurer sa température. Animation : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_temperature.swf La longueur d'onde notée λ (lambda) caractérise une radiation lumineuse (une couleur) du spectre visible par l'oeil. Le spectre visible s'étend de 400 nm (violet) à 800 nm (rouge) 3°) Application à la mesure de la température des étoiles Les spectres stellaires, réalisés par des spectrographes installés sur des télescopes, permettent de mesurer la température de surface des étoiles. Les étoiles présentent des couleurs allant du rouge pour les plus « froides » au blanc bleuté pour les plus « chaudes ». Etoile couleur Bételgeuse Soleil Sirius Rigel rougeorangée jaune blanche Blanc-bleu 3000 5800 1100 20000 Température de surface (°C) II – Spectres d'émission des éléments chimiques 1°) Expérience On réalise le spectre de lampes à vapeur de sodium, de mercure (p. 258 et 261) et des tubes d'éclairages de la salle. On observe au spectroscope une raie jaune brillante dans le spectre du sodium et quelques raies colorées dans le spectre du mercure et celui des tubes d'éclairage. 2°) Conclusion Dans certaines conditions, les éléments chimiques émettent de la lumière dont le spectre est discontinu. Ce spectre contient des raies caractéristiques de l'élément chimique émetteur. Animation : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_soleil.swf III – Spectre d'absorption 1°) Expérience On reprend l'expérience du §I en plaçant un récipient transparent contenant des solutions colorées après la fente (sulfate de cuivre bleu, permanganate de potassium rose, diiode jaune). On observe que des bandes de couleurs sont absentes du spectre sur l'écran. Les espèces chimiques colorées en solution ont absorbé ces bandes. Le spectre observé est un spectre d'absorption. On saupoudre du chlorure de sodium dans la flamme d'un bec de gaz: on observe qu'il manque dans le spectre de la flamme la raie jaune observée précédemment . Les ions sodium chauffés ont absorbé la raie jaune du spectre de la lumière blanche (doc. 11 et 12 p. 259). Animation : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf 2°) Conclusion Des espèces chimiques colorées présentes en solution absorbent certaines bandes dans le spectre de la lumière blanche qui les traverse. Des gaz sous faible pression absorbent des raies dans le spectre de la lumière blanche qui les traverse. Les bandes et raies d'absorption sont caractéristiques des éléments chimiques qui les produisent. Une espèce chimique ne peut absorber que les radiations qu'elle peut émettre. IV – Application: analyse spectroscopique L'étude du spectre de la lumière émise par un objet chauffé permet d'en déduire sa composition chimique. Spectre du Soleil: détermination de la composition chimique de l'atmosphère solaire. Idem pour les spectres stellaires. Animation : http://physicus.free.fr/seconde/seconde_univers_chap05.php Résumé: Spectres d'émission: Spectre continu produit par lampe à incandescence, corps chauffés. Spectre de raies produit par éléments chimiques à l'état gazeux chauffés. Spectres d'absorption: Spectre avec raies d'absorption (ex :spectres d'étoiles). Spectres avec bandes d'absorption produit par la lumière blanche qui a traversé une substance colorée.