La loi de Wien
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Image Partie 2 / Les couleurs de la lumière et de la matière Activité expérimentale Les spectres lumineux des corps chauds ▪ Nous sommes entourés de diverses sources de lumière, les étoiles et les lampes utilisées dans la vie courante : lampe à incandescence (lampes de chevet), lampe fluorescente (lampes à « économie d’énergie » des plafonniers des maisons, « néons » des salles de classes), lampe halogène, lampe à vapeur de sodium (éclairage public)… ▪ Pour observer les lumières émises par ces sources de lumières, on dispose, en premier de notre œil, mais également de prismes, de réseaux, de spectroscopes (dispositifs plus complets, comportant une fente et un réseau, ou éventuellement un prisme) Dans ce TP, on s’intéresse aux lumières émises par les corps (solides, liquides ou gaz) portés à haute température Lumière émise par une lampe à incandescence - Brancher une lampe aux bornes d’un générateur puis faire varier l’intensité du courant traversant la lampe. - Observer à l’aide d’un réseau ou d’un spectroscope, la lumière émise par le filament très faiblement éclairé Qu’observe-t-on ? Qu’observe-t-on ? - Observer maintenant à l’aide d’un réseau ou d’un spectroscope, la lumière émise par le filament bien blanc Dessiner le spectre observé lorsque le filament faiblement chauffé est rouge (T=1500 K) Qu’observe-t-on ? Que peut-on conclure sur les spectres des lumières émises par les corps chauds ? Dessiner le spectre observé lorsque le filament fortement chauffé est blanc (T = 2700K) Comment peut-on qualifier ce genre de spectre ? Vers la loi de Wien... Températures de surface des étoiles ▪ Bételgeuse et Bellatrix sont deux étoiles appartenant à la constellation d’Orion qui est très facilement visible dans le ciel des nuits d’hiver La température de surface est de 3 500 K pour Bételgeuse et de 28 000 K pour Bellatrix. D’après ces données et de ce qui a été vu précédemment sur la couleur du filament chauffé de la lampe à incandescence, quelle devraitêtre la couleur de ces étoiles? Comment peut-on expliquer les couleurs réelles de Bételgeuse et de Bellatrix (rouge pour Bételgeuse et bleue pour Bellatrix) ? Le profil spectral Le graphe suivant représente l’intensité lumineuse émise en fonction de la longueur d’onde pour des corps de températures différentes. ▪ Pour étudier plus en profondeur la lumière émise par une source lumineuse, on ne peut pas se contenter de l’observation de son spectre. On utilise son profil spectral (relevé par des détecteurs électroniques). T (K) λM (nm) ▪ Ce profil spectral est une courbe représentant l’intensité de la lumière émise par la source en fonction de la longueur d’onde. Quelle est la longueur d’onde correspondant au maximum d’intensité lumineuse à 3500K ? à 5000 K ? De manière générale, que peut-on dire de la longueur d’onde de la radiation la plus intense lorsque la température augmente ? 3500 826 4500 642 8500 345 9500 305 10500 275 11500 251 12500 13500 231 214 14500 200 15500 186 16500 175 17500 18500 165 156 19500 148 7500 385 2500 1156 5500 526 6500 445 A l’aide d’un tableur, recopier ces données et 1 T tracer la courbe M f avec λM en m et T en K Que remarque-t-on? La loi de Wien ▪ Dans le tableau ci-dessous, il est donné, pour plusieurs températures en Kelvin, la valeur de la longueur d’onde correspondant au maximum d’émission lumineuse du corps chauffé. En déduire une relation entre la longueur d’onde λM et l’inverse de température. Enoncer la loi de Wien Applications en astronomie ► Application 1 ► Application 2 Le profil spectral d'une étoile est représenté cidessous. Bételgeuse Température 3 500 K de surface Soleil Bellatrix 5500 K 28 000 K λM (nm) Calculer la longueur d’onde de la radiation lumineuse la plus intense pour ces 3 étoiles. Associer aux trois étoiles, un des trois spectres ci-dessous Evaluer λmax, la longueur d'onde de la radiation lumineuse la plus intense émise par cette étoile. En appliquant la loi de Wien, donner une estimation de la température de surface de cette étoile. Conclure sur la couleur de ces étoiles. Quels sont les paramètres dont dépend la couleur d’une étoile ?
