T.P. N°3 : La Couleur des étoiles !! Si la vision d’un ciel étoilé à l’œil nu semble nous indiquer que toutes les étoiles émettent une lumière blanche, une étude plus approfondie nous montre des nuances notables. I- Spectre lumineux d’un corps chaud. 1. Obtention du spectre. Comme tous les corps chauds (feu, filament d’une ampoule, métal chauffé,…), les étoiles émettent de la lumière. Ces sources lumineuses ont un point commun. A l’aide du matériel dont vous disposez (écran, lanterne, fente, prisme de verre), vous devez décomposer la lumière émise par le filament de la lanterne. Schématisez votre expérience. Quel est le matériel qui décompose la lumière émise par la lanterne ? Décrire le plus complètement possible le spectre lumineux obtenu en utilisant les mots : « continu, spectre, lumière blanche, corps chaud, dégradé, arc-en-ciel ». La lumière blanche est-elle monochromatique ou polychromatique ? Pourquoi nous paraitelle blanche ? λ 2. Notion de longueur d’onde. La lumière est une onde électromagnétique. A l’image des vagues formées à la surface de l’eau, cette onde peut être caractérisée par sa longueur d’onde, notée λ (lambda), c’est-à-dire la distance séparant deux sommets consécutifs. A la différence d’une vague, l’ordre de grandeur d’une longueur d’onde de la lumière visible est de 10-7 m. (100aine de nm). Compléter le diagramme ci-dessous donnant la correspondance entre la longueur d’onde la lumière et sa couleur. 400 500 600 700 800 λ (en nm) Placer de part en d’autre des limites visibles, les radiations invisibles appelées Infrarouges (IR) et ultraviolette (UV). II- Spectre lumineux et température. On se propose de modifier la température du filament de la lampe en l’alimentant avec un courant électrique variable. Observer puis décrire le spectre obtenu pour une température plus faible (Attention tout est relatif, le filament reste très chaud) puis celui d’une lumière obtenue avec un filament très chaud. Le spectre est-il toujours continu ? Quelle couleur est la plus visible. Conclusion : Plus la température du corps chaud est élevée, plus la couleur dominante a une ……………………………… longueur d’onde. En peinture, le bleu, le violet et le vert sont décrites comme des couleurs froides alors que le jaune, l’orange ou le rouge sont dites des couleurs chaudes. Ceci est-il en accord avec la réalité physique ? Commenter. III- Application à la mesure de la température d’une étoile. Un spectrophotomètre a relevé l’intensité lumineuse en fonction de la longueur d’onde de deux étoiles (Le soleil et Bételgeuse). Le graphique ci-dessous a été alors obtenu. Intensité lumineuse ? Soleil Bételgeuse 500 1000 λ (en nm) 1500 Placer le domaine visible sur ce graphique. Quelle est, du Soleil ou de Bételgeuse, l’étoile la plus chaude. Justifier soigneusement. La température d’une étoile peut être calculée par θ = 2,89×106 𝜆𝑚𝑎𝑥 − 273 où 𝜆𝑚𝑎𝑥 correspond à la longueur d’onde du pic d’intensité. Calculer une estimation de la température de surface des ces étoiles. Compétences expérimentales testées : T.P. N°3 Non acquis Décomposer la lumière blanche avec un prisme Décrire un spectre Comprendre le lien entre longueur d’onde et couleur Comprendre le lien entre température et couleur d’une étoile Niveau I Niveau II Niveau III Matériel Bureau : Grosse alimentation pour les lanternes élèves + voltmètre de contrôle. Tableau des spectres Rétroprojecteur + fente carton + réseau 1000 traits Élève : Lanterne 1 petit écran carton + support 1 prisme Réalisation : Les élèves, par binômes, répondent aux questions préliminaires. Après vérification des réponses, une planète à étudier est attribuée à chaque binôme. Ils effectuent les calculs nécessaires pour connaître la taille et la position de leur planète sur la maquette. Puis la réalise en cherchant quelques caractéristiques de cette planète (couleur dominante, satellites)