TPpcours 7 Chap 4 Les spectres lumineux messages de la lumière

TP Cours de physique
Chapitre 4
LES SPECTRES LUMINEUX : MESSAGES DE LA LUMIÈRE
Objectifs:
- utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres lumineux et les comparer à celui de la lumière
blanche
- connaître l’influence de la température d’un corps chaud sur son spectre d’émission
- distinguer un spectre d’émission d’un spectre d’absorption, et un spectre continu d’un spectre de raies
On appelle spectre de la lumière émise par une source (lampe, étoile…) l’image obtenue par dispersion
de cette lumière.
Faire de la spectroscopie, c’est réaliser et analyser des spectres pour obtenir des informations sur la
source de la lumière étudiée.
I. Obtention d’un spectre
Pour obtenir le spectre d’une lumière, on utilise un système dispersif.
Le ……………. en est un : taillé dans un matériau transparent comme le verre ou le plexiglas, il comporte
trois faces planes rectangulaires et deux faces planes triangulaires ; on le représente en général par un triangle
(vue de dessus).
 Expérience : exemple du spectre de la lumière blanche
• Schématiser le dispositif expérimental utilisé pour obtenir le spectre de la lumière émise par une
lampe à incandescence :
Vous pouvez également observer le spectre de la lumière blanche de votre place, grâce à un spectroscope,
instrument basé sur le même principe que le dispositif précédent.
• Représenter dans le rectangle ci-dessous le spectre observé sur un écran :
Spectre de la lumière blanche.
Le spectre de la lumière blanche est un spectre ………………………., qui est composé
……………………………… de couleurs, du ………………… au ……………………
II. Spectres d’émission
Définition°: Un spectre d'émission est obtenu par décomposition de la lumière directement émise par une
source.

II.1. Spectre d’émission d’un corps chaud
 Expérience :
A l’aide du montage schématisé dans le I, on observe l’influence de l’intensité du courant électrique sur le
spectre d’émission d’une lampe à incandescence (on fait varier l’intensité du courant traversant la lampe à
l’aide d’une résistance variable appelée rhéostat).
Schéma du dispositif expérimental :
• Dessiner l’allure du spectre d’émission de la lampe dans les deux cas suivants :
Spectre lorsque la lampe brille peu : Spectre lorsque la lampe de la brille fortement :
• Quelle est l’influence de l’intensité du courant dans le circuit sur la température du filament de la
lampe à incandescence ?
………………………………………………………………………………………………………...
• De quelles couleurs le spectre s’enrichit-il quand la température augmente ?
………………………………………………………………………………………………………..
• Compléter le bilan suivant :
- Lorsque l’intensité du courant dans le circuit est faible :
La température du filament est……………., la lampe brille …….. ; elle émet une lumière …………… dont
le spectre est ……………… et se limite au …………………………..
- Lorsque l’intensité du courant dans le circuit augmente :
La température du filament ………………., la lampe brille ……..……………. ; la couleur du filament passe
du …………….. au ……………. Le spectre de la lumière émise s’enrichit en
………………………………………………………………………………………………………...
On obtient finalement le spectre caractéristique de la lumière……………….
 Généralisation :
Fortement chauffé, un corps solide, liquide ou gazeux (sous forte pression) émet un rayonnement
d’origine ………………………. dont le spectre est ……………………..
La couleur de la lumière émise par un corps chaud et son spectre d’émission nous donnent des
renseignements sur la température de ce corps : plus la température du corps est élevée, et plus son
spectre d’émission s’enrichit en ………………, c'est-à-dire vers les ………………….. longueurs d’onde.
NB : un spectre d’émission d’origine thermique est indépendant de la nature du corps qui l’émet.
 Application : couleur et température des étoiles :
Betelgeuse nous apparaît rougeâtre, Rigel est bleue... Laquelle de ces deux étoiles est la plus
chaude ?............................................
II.2. Spectre d’émission d’un gaz (sous basse pression)
Les gaz sont constitués d'atomes (ou de molécules ou d'ions) éloignés les uns des autres (à basse
pression). Lorsqu'ils sont excités par une décharge électrique ou par chauffage, ces atomes (ou molécules
ou ions) peuvent émettre de la lumière.

 Expérience :
A l’aide du montage utilisé dans la partie I, on observe le spectre d’émission de deux lampes spectrales :
- une lampe à vapeur de mercure (lumière bleutée)
- une lampe à vapeur de sodium (lumière orangée)
• Dessiner l’allure du spectre de chacune de ces deux lampes :
Spectre de la lampe à vapeur de sodium : Spectre de la lampe à vapeur de mercure :
• On donne ci-dessous les longueurs d’onde λ correspondant aux raies observées :
- Sodium (Na) : 589 nm
- Mercure (Hg) : 615 nm ; 578 nm ; 546 nm ; 436 nm ; 405 nm
Attribuer une longueur d’onde à chacune des raies dessinées dans le schéma précédent.
• À l’aide d’un spectroscope, observer les tubes fluorescents éclairant la salle.
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
 Compléter le bilan suivant (on utilisera entre autres les mots : raies, longueur d’onde, continu,
monochromatique) :
- Un gaz à ………….. pression, lorsqu’il est ………………. ou soumis à des ……………
……………….., émet de la lumière dont le spectre n’est pas ………………… Ce spectre d’émission est
constitué de ………………. colorées. A chacune de ces …….. est associée une radiation
…………………………… de ………………………….….. bien précise.
- Un spectre de ……………………………….. est caractéristique d’une entité chimique donnée :
c’est la « signature lumineuse » de cette entité. Par comparaison du spectre de raies d’émission d’un
gaz avec des spectres de référence, on peut donc identifier les entités chimiques présentes dans un
gaz.
III. Spectres d’absorption
Définition°: le spectre d'absorption d’une substance est obtenu en décomposant la lumière blanche ayant
traversé un échantillon de cette substance.
III.1. Spectre d’absorption d’une solution colorée
 Expérience :
On reprend le montage utilisé dans la partie I, mais on intercale entre la fente et la lentille une cuve contenant
une solution colorée.
• Dessiner le spectre d’absorption observé pour chaque solution :
• Que remarque-t-on si l’on compare ces spectres d’absorption au spectre d’émission de la lumière
blanche ?
…………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Spectre d’absorption d’une solution
verte : Spectre d’absorption d’une solution rouge :

 Compléter le bilan suivant (on utilisera les mots : absorbées, bandes, bandes d’absorption,
blanche) :
- Le spectre d’absorption d’une solution colorée éclairée par une lumière ………………. présente des
……………. sombres plus ou moins larges : ceci signifie que certaines radiations ont été
………………… par la solution : il s’agit d’un spectre de ……………….………………….. Une
solution colorée …………………. une partie des radiations de la lumière blanche. La couleur de la
solution résulte des radiations qui ne sont pas …………………...
- Un spectre de bandes d’absorption peut permettre d’identifier les espèces chimiques présentes dans la
solution.
III.2. Spectre d’absorption d’un gaz sous faible pression
Le document 9 p239 du livre montre le spectre d’absorption du sodium gazeux, éclairé par une source de
lumière blanche et sous une pression faible.
 Décrire le spectre d’absorption du sodium.
………………………………………………………………………………………………………...…………
……………………………………………………………………………………………...
 Le comparer à son spectre d’émission.
………………………………………………………………………………………………………..…………
…………………………………………………………………………………………..…
 Compléter la généralisation suivante :
- Lorsqu’un gaz à basse pression est traversé par de la lumière blanche, le spectre de la lumière
transmise est constitué de ………… noires se détachant sur le fond coloré du spectre …………….. de
la lumière blanche. C’est un spectre de ………………………………………
- Les raies noires du spectre d’absorption d’une entité chimique correspondent (λ identiques) aux raies
colorées de son spectre d’émission : une entité chimique ne peut absorber que les radiations
qu’elle est capable d’émettre.
- Le spectre d’absorption d’une entité chimique permet donc aussi de la caractériser.
IV. Bilan (à compléter)
Corps à l'origine
du spectre Type de spectre Informations apportées par le spectre
émission
absorption