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17 Cha
Exercices supplémentaires
La lumière
14 des étoiles
p it
re
1 Une enquête de l’inspecteur Murdoch
[ Rédiger • Proposer un protocole ]
Nous sommes au début des années 1900. La police de Toronto a
arrêté un homme suspecté de l’assassinat du responsable d’un
entrepôt de sulfate de cuivre. L’inspecteur Murdoch a prélevé de
la poussière sur la semelle du suspect. Murdoch a demandé à
un ami scientifique de lui prêter un spectroscope ainsi qu’un bec
de gaz inventé par Bunsen donnant une flamme pratiquement
­incolore.
Comment l’inspecteur va-t-il procéder pour confondre le suspect
sachant que les ions Cu2+ présentent des raies caractéristiques
dans le bleu et le vert.
2 Spectre du Soleil
[ Exploiter un graphique • Restituer ses connaissances • Exploiter des données •
­Formuler une hypothèse ]
L’observatoire de Paris dispose de spectres du Soleil en très
haute résolution. Leur exploitation permet de tracer la courbe de
l’intensité lumineuse du rayonnement solaire en fonction de la
longueur d’onde avec une grande précision. Dans les deux documents ci-dessous la longueur d’onde est exprimée en angströms
(Å), unité couramment utilisée par les astronomes : 1 nm = 10 Å.
3. L’atome d’hydrogène H présente une raie d’absorption très
intense vers 656,2 nm. Identifier cette raie sur l’un des deux
spectres.
4. Même question pour l’atome d’hélium He qui présente une
raie d’absorption vers 667,8 nm.
5. Quelle sera la raie sombre la plus intense dans le spectre
solaire : celle de H ou celle de He ?
6. Lequel de ces deux éléments serait identifiable par sa raie
dans un spectre de raies de moins bonne résolution.
3 Les travaux de Jules JANSEN
[ Exploiter un document • Restituer ses connaissances • Utiliser les TICE, Rédiger ]
À partir de 1867, Janssen commence à parcourir le monde à la
poursuite des éclipses en vue d’une étude physique et chimique
du Soleil par la spectroscopie : c’est particulièrement l’éclipse
du 18 août 1868 qui va lui apporter la consécration.[..] L’analyse
spectrale faite par Janssen montre tout d’abord que l’on passe, du
disque solaire aux protubérances, d’un spectre continu avec des
raies noires à un spectre constitué d’un fond noir et de raies brillantes : ceci montre qu’il s’agit de raies d’émission (d’où présence
d’un gaz). Ensuite, l’étude d’une protubérance à l’autre ne montre
aucune différence. Enfin l’analyse montre les raies rouge C et bleue
F, c’est à dire la présence d’hydrogène. Les conclusions de Janssen
sont les suivantes : ... S. Le Gars, Une histoire de la lumière.
La spectroscopie, Vuibert ADAPT, 2010
1. Effectuer une recherche documentaire et rédiger un texte de
quelques lignes décrivant qui était Jules Janssen.
2. Au moment où l’éclipse est totale, quelle est la source de
lumière en provenance du Soleil ?
3. a. Quelle est la nature du spectre observé par Jansen avant le
début de l’éclipse ? Justifier.
b. Quelle est la nature du spectre au moment de l’éclipse totale ?
Justifier.
© Éditions Belin, Physique-chimie 2e, 2014.
4. Proposer un texte précisant les conclusions que Janssen a pu
déduire de ses observations à propos des protubérances.
1. a. Donner en nm et sans calculatrice le domaine de longueurs
d’onde de ces deux spectres.
b. Sont-ils situés plutôt dans le rouge ou plutôt dans le violet ?
c. Quelle est la grandeur qui est représentée en ordonnée ?
2. Comment identifier les raies d’absorption à partir de ces
courbes ?
14. La lumière des étoiles
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Exercices supplémentaires
Corrigés
1 Une enquête de l’inspecteur Murdoch
[ Rédiger (COM) • Proposer un protocole (ANA) ]
[COM, ANA] L’inspecteur va réaliser un spectre d’émission de
la substance prélevée. Pour cela il en prélèvera un peu qu’il va
déposer sur un fil métallique et l’introduire dans la flamme. Il réalisera le spectre de la lumière émise par la flamme et comparera
les longueurs d’onde des raies observées dans le bleu et le vert
à celles des ions Cu2+. Si les raies correspondent, cela prouvera
de façon certaine la présence d’ions Cu2+ dans le ­prélèvement.
2 Spectre du Soleil
[ Exploiter un graphique (ANA) • Exploiter des données (APP) • Restituer ses connaissances (ANA) • Formuler une hypothèse (ANA) ]
1. a. [ANA] 667 nm à 669 nm pour l’un et 655 nm à 657 nm pour
l’autre.
b. [ANA] Ces longueurs d’onde correspondent à des radiations
situées plutôt dans le rouge car elles se situent du côté des
grandes longueurs d’onde du spectre visible.
c. [ANA] C’est l’intensité lumineuse qui est représentée en
ordonnée.
3 Les travaux de Jules JANSEN
[ Exploiter un document (ANA) • Restituer ses connaissances (ANA) • Utiliser les TICE
(REA) • Rédiger (COM) ]
1. [REA, COM] Jules Janssen est un scientifique français (1824,
1907) reconnu pour ses travaux en spectroscopie astronomique.
Il obtiendra du gouvernement la création en 1875 d’un observatoire d’astronomie physique qui s’établira par la suite à Meudon.
Il perfectionne les appareils pour l’observation des spectres
solaires et développe l’utilisation de la photographie pour l’enregistrement de ces spectres.
2. [ANA] Le disque solaire étant caché par la Lune, la couronne
solaire et ses protubérances sont la seule source de lumière.
3. a. [ANA] Avant le début de l’éclipse, le spectre est celui de la
totalité du disque solaire. C’est le spectre de la lumière émise
par la sphère incandescente et qui a traversée l’atmosphère du
Soleil : c’est un spectre de raies d’absorption.
b. [ANA] Pendant l’éclipse totale, il n’y a que les protubérances
comme source de lumière : le spectre observé est un spectre de
raies d’émission.
4. [ANA, COM] Les protubérances sont des gaz ; elles ont la
même composition chimique puisqu’elles présentent des
spectres identiques ; elles contiennent toutes de l’hydrogène
(raies caractéristiques C et F).
2. [ANA] Les raies d’absorption correspondent aux pics inversés,
c’est à dire dirigés vers le bas.
3. [ANA] Cette raie de l’hydrogène est associée au pic inversé
large dont la pointe est située à 656,275 nm. Les longueurs
d’onde peuvent être déterminées sur ces spectres avec 6 chiffres
significatifs.
4. [ANA] Cette raie de l’hélium est associée au pic inversé très
étroit situé à 667,800 nm.
5. [ANA] C’est la raie sombre de l’hydrogène qui sera la plus
intense dans le spectre solaire.
© Éditions Belin, Physique-chimie 2e, 2014.
6. [ANA] Seule la raie de l’hydrogène serait identifiable dans un
spectre de moins bonne résolution. En effet, pour que la raie
sombre de He appraisse, il est nécessaire que la résolution
soit nettement inférieure à la largeur de cette raie, soit environ
0,05 mm, exactement comme pour un œil qui ne peut distinguer deux points l’un de l’autre que s’ils sont séparés par une
­distance (angulaire) supérieure à son pouvoir de résolution.
14. La lumière des étoiles
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