U2 lumière émise par des objets

U2: LA LUMIERE EMISE PAR LES OBJETS
1. COMMENT DECOMPOSER LA LUMIERE ?
Newton, dès 1766, réussit à décomposer la lumière solaire avec un prisme :
La lumière émise par une lampe à incandescence est déviée par le prisme. Sur l’écran, on observe des couleurs variant
progressivement du violet au rouge : cette figure colorée est appelée spectre.
Un prisme ( ou un réseau ou un spectroscope) permet de décomposer la lumière et d’en obtenir un spectre.
2. LONGUEUR D’ONDE ?
Une lumière monochromatique est appelée une radiation. Elle est caractérisée par une grandeur appelée longueur d’onde, notée λ
λλ
λ
(lettre grecque lambda) et qui s’exprime en mètres.
Les radiations visibles par l’œil humain correspondent aux radiations dont les longueurs d’onde vont de 400 à 800 nm
Remarque sur les conversions : 1nm = 10
-9
m = 0,000 000 001 m
Couleur violet bleu vert jaune orange rouge
Longueur d’onde λ en
nm 400-425 425-491 491-575 575-585 585-647 647-800
La lumière émise par le Soleil et les lampes à incandescence contient des radiations qui ne sont pas visibles par l’œil humain :
rayons X, ultraviolets, infra-rouge
3LA LUMIERE DEPEND-ELLE DE LA SOURCE QUI L’EMET ?
Lorsqu’on observe directement la lumière émise par une source à travers un système dispersif, on obtient un spectre d’émission. Un
tel spectre peut être continu ou présenter des raies.
1. La lumière émise par un corps chaud.
Placer la légende sur le schéma
:
lumière blanche, écran, prisme, spectre.
Corps très chaud
solide, liquide ou gaz sous très haute pression
Ex : Lampe à incandescence, Soleil
Spectre continu d’émission
d’origine thermique

Un corps chaud (solide, liquide ou gaz sous haute pression) émet une lumière dont le spectre est continu. Ce spectre change avec
la température.
Lorsque la température s’élève, le spectre continu d’émission devient de
plus en plus lumineux et s’enrichit de couleurs verte, bleue et violette.
On parle spectre thermique puisqu’il dépend de la température d’émission.
Ex n° 6 p 75
2. La lumière émise par un gaz.
Le spectre de la lumière émise est constitué de quelques raies fines colorées se détachant sur un fond noir. Il est constitué d’un
nombre limité de radiations.
Un gaz à basse pression et à température élevée émet une lumière constituée d’un nombre restreint de radiations : on obtient un
spectre de raies d’émission.
Les couleurs et positions des raies dans les spectres sont caractéristiques des atomes du gaz (sodium, mercure) qui émettent ces
radiations.
A chaque raie correspond une radiation monochromatique de longueur d’onde dans le vide bien déterminée.
Un spectre de raies d’émission permet d’identifier une entité chimique (atome ou ion) : c’est la signature de cette entité chimique.
Ex n°7 p 74
4. QUE DEVIENT LA LUMIERE QUI TRAVERSE LA MATIERE ?
Lorsqu’on interpose une substance entre une source à spectre continu et un système
dispersif, cette substance ne laisse pas passer toutes les radiations lumineuses : le spectre
obtenu est le spectre d’absorption de cette substance.
1. La lumière qui traverse une solution.
Lorsque la lumière traverse une substance colorée, une partie est absorbée par la substance , une autre partie est transmise et arrive
jusqu’à nos yeux.
Le spectre de la lumière qui a traversé une substance
colorée présente une bande noire, qui
correspond aux radiations que la solution a absorbées : on dit qu’on observe le spectre d’absorption
de la substance.
Gaz à basse pression :
Ex : lampe à vapeur
de mercure
Spectre de raies d’émission
( spectre discontinu)
Soumis à une décharge ou porté à température élevée
Lumière blanche
Substance
colorée
Spectre de bandes d’absorption

Un spectre de bandes d’absorption est caractéristique des substances colorées et permet de les identifier.
2. La lumière qui traverse un gaz.
Lorsque la lumière traverse un gaz à basse pression, les atomes ou les ions de ce gaz absorbent certaines radiations bien précises.
Lorsqu’un gaz à basse pression est traversé par de la lumière blanche, le spectre de la lumière transmise est constitué de raies
noires se détachant sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche : c’est un spectre de raies d’absorption.
Un atome ou un ion ne peut absorber que les radiations qu’il est capable d’émettre.
Les raies d’absorption, comme celles d’émission, permettent d’identifier les atomes ou ions présents dans un gaz.
5. QUE NOUS APPREND LA LUMIERE PROVENANT DES ETOILES ?
L’analyse au spectroscope de la lumière émise par une étoile montre la présence d’un fond
continu coupé par de très nombreuses raies sombres, appelées raies de Fraunhofer. Le spectre
du Soleil en compte environ 20 000 !
D’une étoile à l’autre, le spectre diffère par la couleur dominante du fond continu et par
la position ou l’intensité des raies sombres. Ces distinctions permett
ent aux astronomes de
classer les étoiles.
Le spectre d’une étoile est un spectre de raies d’absorption
1- Spectre d’une étoile et température de surface
Betelgeuse Soleil Sirius Rigel
Spectre de raies d’absorption
Gaz
Lumière blanche

Une étoile est une énorme
boule de gaz très chaud et très
condensé qui émet de la
lumière au niveau de la
surface (ou photosphère). La
lumière émise a un spectre
continu dont la couleur dominante nous renseigne sur la température à la surface de l’astre.
2- Spectre d’une étoile et composition chimique
La lumière, en quittant la photosphère où elle est émise, traverse la chromosphère; cette chromosphère est une sorte d’atmosphère
composée de gaz sous faible pression. Les raies sombres observées dans le spectre correspondent aux radiations absorbées par les
gaz présents dans la chromosphère. Le spectre de raies d’absorption de l’étoile nous renseigne donc sur la composition chimique de
son atmosphère.
NB : certaines raies d’absorption proviennent de l’atmosphère terrestre que la lumière des étoiles traverse avant d’être analysée par
les spectroscopes. Ces raies parasites sont appelées raies telluriques.
Remarque : Les physiciens ont établi une relation entre λ max et la température à la surface du soleil
λ max *T = 2.9 *10
-3
m.K
Soleil λ max=480 nm
Couleur rouge jaune Blanche Bleue
Température de
surface
3 000°C 6 000°C 11 000°C 20 000°C
Classe
spectrale
O B A F G K M
Température
de surface
(°C)
50 000 25 000 11 000 7 500 6 000 5 000 3 500
Principales
raies
He, He
+
; H H, He, Mg
+
H, Ca
2+
H, métaux Ca, Fe,
métaux
métaux Ca, Ca
2+
, TiO

Exercice Un bouquet d'étoiles
Certaines étoiles paraissent colorées dans le ciel nocturne. Le document ci-dessous représente les spectres de trois étoiles
notées A, B et C. L'étoile A est blanche, l'étoile B est bleue et l'étoile C est rouge.
1. Classer ces étoiles par ordre de température croissante.
2. Comment évoluent les spectres de l'étoile la plus froide à la plus chaude ?
3. Associer les spectres à chacune des étoiles.