Niveau Seconde
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Niveau Seconde TP - COURS nov. 2002 Spectroscopie :comment déterminer la constitution chimique d'une étoile Objectifs : o o Notion de spectres d'émission ou d'absorption Application à l'astrophysique : analyse chimique des étoile Introduction La décomposition de la lumière blanche émise par une lampe à incandescence nous a permis d'obtenir un spectre coloré allant du rouge au violet. Ce phénomène est-il le même lorsque l'on décompose la lumière du soleil, ou celle d'une étoile ? Cette question a été étudiée dès le début du XIXè siècle, notamment grâce au travaux de Fraunhofer. Nous allons nous intéresser ici à la lumière émise par 3 étoiles : le Soleil, Rigel, étoile de la constellation d'Orion, et Bételgeuse, elle aussi dans la constellation d'Orion. 1. Quelques observations - Le spectre du Soleil, observé par Fraunhofer - La constellation d'Orion - L'étoile Rigel et son spectre - L'étoile Bételgeuse et son spectre Analyse des observations : Que peut-on dire de la couleur apparente de ces trois étoiles ? Pouvez-vous proposer une hypothèse pour interpréter cette observation ? Quelles remarques peut-on faire quant à leur spectres ? Pouvez-vous proposer une hypothèse pour interpréter cette observation ? 2. Peut-on expliquer la couleur des étoiles ? 2.1 Les spectres d'émission continu d'origine thermique - Rappeler le principe de fonctionnement d'une lampe à incandescence - Qu'observe-t-on lorsque la tension à ses bornes est trop faible ? - Proposer une expérience permettant d'observer le spectre de la lampe pour des tensions de plus en plus grande. - On réalise l'expérience, en utilisant un réseau pour l'observation : * observer et représenter le spectre obtenu pour une tension faible * même chose pour une tension forte * Interprétation ? * Conclusion ? - A retenir : Le spectre d'émission d'un corps chauffé (sauf gaz à faible pression) ne dépend pas de la nature de ce corps, mais uniquement de sa température. Il s'agit d'un spectre d'émission continu, d'origine thermique. Plus la température est élevée, plus il s’enrichit en violet. 2.2 Interprétation de la couleur des étoiles - Observer et analyser les courbes d'intensité lumineuse émises par le soleil, puis par une étoile de type Rigel, et une étoile de type Bételgeuse, en fonction de la température de surface de chaque étoile. - Pour chacune d'elle, dans quelle « gamme » de longueur d'onde trouve-t-on le maximum d'énergie lumineuse émise ? - En déduire un lien entre la couleur observée et la température de surface. 3. Comment expliquer la présence de raies sombres dans les spectres ? 3.1 Activité documentaire : les travaux de Bunsen et Kirchhoff Lire l’article fourni en annexe. 3.2 Les spectres de raies d’émission a) Manipulation Principe : on souhaite reproduire la première expérience de Kirchhoff, en utilisant une solution de chlorure de sodium (eau salée saturée) comme source de sodium, que l’on va maintenir dans la flamme (bleue) d’un bec bunsen à l’aide d’une petite boucle de fil de fer trempé dans cette solution. La lumière émise par le sodium sera ensuite décomposée à l’aide d’un réseau (spectroscope de poche) - Faire un schéma du dispositif expérimental (on représentera un prisme à la place du réseau) - Après mise en commun, faire l’expérience proposée - Représenter le spectre d’émission du sodium - Commenter vos observations - Comparer avec l’observation du spectre d’une lampe à vapeur de sodium (manip prof) - Reproduire ensuite le spectre d’émission de l’hélium, ou du mercure (manip prof) b) A retenir : Un gaz chauffé sous faible pression émet un spectre de raies. Chaque espèce chimique composant le gaz a un spectre de raies qui lui est propre, ce qui permet de l’identifier. 3.3 Les spectres de raies d’absorption a) Retour sur la troisième expérience de Kirchhoff - Faire un schéma d’illustration de la troisième expérience de Kirchhoff - Le spectre obtenu est appelé spectre de raies d’absorption du sodium. Il se trouve affiché dans la salle. Le reproduire sous le schéma précédent. - Observation : que peut-on dire du spectre d’émission et du spectre d’absorption d’un gaz ? b) A retenir : Un gaz excité (chauffé) sous faible pression peut présenter un spectre de raies d’absorption quand il est éclairé par un rayonnement continu, comme la lumière blanche. Les radiations absorbées sont aussi celles que le gaz est capable d’émettre ; chaque espèce chimique peut ainsi être parfaitement identifiée grâce à son spectre d’absorption, comme à son spectre d’émission. c) Retour sur les spectres des étoiles - Compte tenu de ce que l’on vient d’apprendre, et à l’aide du schéma de l’atmosphère d’une étoile, proposer une interprétation pour la présence de raies dans les spectres des étoiles. spectro_tp.html
