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CH 2.01 ACTIVITE EXPERIMENTALE : LUMIERE ET COULEUR.
Notion contenu
Compétences
- Couleur et spectre.
- Loi de Wien.
- Faire le schéma d’une expérience, interpréter.
- Tracer une courbe, interpréter.
1. Lumières visible et invisible :
Q1. Sur l’ordinateur, consulter le fichier « Spectreem ».
Longueur d’onde 1 (en nm)
200
400
550
700
900
Couleur ou nom de la radiation
Q2. Indiquer l’intervalle des longueurs d’onde de la lumière visible. (A refaire sur le compte rendu)
2. Lumière monochromatique ou polychromatique : Expérience :
Matériel : générateur de tension continue, diapositive réseau 540 traits/mm, spectroscope à main et trois sources
de lumière : une source de lumière blanche, une lampe à vapeur de néon, un LASER (DANGER : NE PAS LE
DIRIGER VERS LES YEUX).
Pour chacune des trois sources de lumière, on veut déterminer s’il s’agit d’une source de lumière monochromatique
ou polychromatique.
Q3. Mettre en place et décrire le dispositif expérimental utilisé. (Sur un quart de feuille à part).
Q4. Présenter les observations et les conclusions.
3. Couleur perçue et couleurs spectrales :
À l’aide du matériel adapté, observer le spectre de la lumière émise par l’ampoule à DEL blanche située au fond de
la salle et la DEL orange.
Q5. Pour chaque lampe, indiquer la couleur perçue et les couleurs spectrales (présentes dans le spectre).
Q6. Quel principe déjà étudié permet de faire le lien entre couleur perçue et couleurs spectrales ?
Q7. Une lumière visible monochromatique est-elle toujours colorée ?
Q8. Une lumière visible colorée est-elle toujours monochromatique ?
4. Lien entre la température d’une source lumineuse et la couleur :
Refaire l’expérience §2 avec la source de lumière blanche et modifier la tension de la lampe (mettre le générateur
sur 6V). En raison de l’effet Joule, plus la tension est grande et plus la température du filament est élevée.
Q9. Comment évolue la luminosité de la source lumineuse lorsque la température diminue ?
5. Loi de Wien : Corps noir
Un corps qui absorbe totalement le rayonnement qu’il reçoit est appelé un corps noir. L’intérieur d’un four (noir et
mat) peut être assimilé à un corps noir.
L’expression populaire dit qu’il fait noir comme dans un four, mais si la température de ce four s’élève, l’intérieur
devient particulièrement éblouissant : le corps noir brille !
Le physicien Wien établit une loi permettant de connaître l’intensité lumineuse en fonction de la longueur d’onde
selon la température.
Ouvrir le fichier « noir3 », indiquer la température T en Kelvin, puis double cliquer sur le sommet de la
courbe pour avoir  max le noter dans le tableau ci-dessous :
T (en K)
5000
5500
6000
65000
7000
8000
9000
10000
 max
(en nm)
Ouvrir Excel et recopier le tableau de mesure. Sélectionner les deux lignes, puis cliquez sur « insertion », choisir
« nuage de points » (celui en haut à gauche). Le graphe de  max = f (T), Est-il une droite ?
Ajouter une ligne et calculer l’inverse de T. Sélectionner la ligne  max et 1/T.
Tracer le graphe de  max = f (1/T). Afficher l’équation de la courbe sur le graphique :
Cliquez sur le graphique dans sa partie blanche puis cliquez sur l’onglet « disposition », cliquez sur »analyse »,
puis, « courbe de tendance », puis choisir « courbe de tendance linéaire ».Mettre la souris sur la droite que Excel
vient de créer, cliquez droit et choisir « format de la courbe de tendance », cochez la case « afficher l’équation
sur le graphique ». Mettre en page sur une demi page. Appeler avant d’imprimer.

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Après avoir modélisé la courbe, en déduire une relation entre la longueur d’onde λmax et l’inverse de température.
La loi de Wien donne λmax T = constante avec λmax en mètre et T en Kelvin. Donner la valeur de la constante.
6. Utilisons la loi de Wien :
6.1. Bételgeuse et Bellatrix sont deux étoiles appartenant à la constellation d’Orion qui est très facilement
visible dans le ciel des nuits d’hiver. Les spectres de la lumière émise par ces étoiles ont été faits.
Que peut-on remarquer sur ces spectres ?
La température de surface de Bételgeuse est de 3500 K. Calculer  max = .
La température de surface de Bellatrix est de 28000 K. Calculer  max = .
Ces deux étoiles devraient apparaître blanches. Ceci n’est pas cohérent avec l’observation puisque Bételgeuse est
une étoile rouge et Bellatrix une étoile bleue.
La température de surface du Soleil est de 5500 K environ. Calculer la longueur d’onde du maximum d’intensité
lumineuse pour le Soleil. Conclure sur la couleur de cette étoile. Est-ce conforme aux observations ?
Données :
Couleur
rouge
orangé
Jaune
Vert
Bleu
Indigo
Violet
λ (nm)
800 à 650
650 à 590
590 à 550
550 à 490
490 à 465
465 à 440
440 à 400
La couleur prise par une étoile ne correspond pas tout à fait à celle de la radiation émise avec le plus d’intensité.
Les autres radiations sont aussi présentes même si elles sont moins intenses. La couleur réelle de l’étoile dépend de
tous ces paramètres. De plus notre œil n’a pas la même sensibilité pour les radiations lumineuses.
6.2. En assimilant un être humain à un corps noir, déterminer la longueur d’onde  max de la radiation qu’il émet
avec la plus grande intensité. Ce résultat est-il compatible avec l’utilisation nocturne de caméra IR par les
militaires?
6.3. L’étoile Rigel émet avec le plus de luminosité la longueur d’onde  max = 271 nm. En déduire sa température
de surface. T = K

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MATERIEL
Coffret optique gris. Générateur 12V.
Source Laser.
Lampe néon, avec alimentation.
Del du préparateur (4 sur un support vertical), avec alimentation.
ORDINATEUR AVEC EXCEL et le réseau quartz
Simulation noir3