Sources de lumière colorée

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1 Sources de lumière colorée I La lumière du domaine visible : expérience:décomposition de la lumière par un prisme observation : spectre continu fourni par un filament chauffé. De combien de couleurs spectrales est composé le spectre de la lumière blanche? conclusion : notion de spectre continu, longueur d'onde, lumière polychromatique, source incandescente. limites du domaine visible, UV et IR. II Atelier 1 : couleur perçue et couleur spectrale : matériel disponible : spectroscopes à main, led jaune, lampe à incandescence, solution de fluoscéine éclairée en lumière blanche, lampe à vapeur de sodium( Na),lampe économique,lampe fluocompacte, lampe LED. 1 observations : Observer le spectre de ces différentes sources de lumière colorée. Notion importante : Une couleur spectrale correspond à une lumière dont le spectre ne présente qu'une unique couleur. La couleur perçue d'une lumière est l'impression visuelle qu'elle nous donne. Compléter le tableau suivant donné en pièce jointe : couleur(s) à compléter source source à sources étudiées perçue spectrale(s) monochromatique /polychromatique incandescence/luminescence LED jaune lampe à filament tube néon lampe Na solution fluoscéine lampe fluocompacte Que peut-on dire de la couleur perçue de ces différentes sources? Des lumières de même couleur perçue ont-elles nécessairement la même composition spectrale? Pour quelle(s) source(s) (parmi celles étudiées précédemment) la couleur perçue correspond-elle à une couleur spectrale? III Atelier 2 : loi de Wien : 1 - expérience : lampe à filament avec rhéostat, évolution de la température du filament. Quand on augmente l'intensité électrique avec l'alternostat, on augmente la température du filament. Observer le spectre produit avec un spectroscope à main. Réaliser un spectre en continu de cette lampe avec le spectroscope. Appeler le professeur pour cette manipulation.(réglage : cinétique, temps de pose 10 ms, durée 45s, moyenne 3. Lancer puis faire varier l'alternostat). 2 - observations : Comment évolue la couleur du filament? Comment évolue le spectre observé (évolution des couleurs, intensité)? Comparer avec la simulation "spectre et température". Comment évolue l'intensité lumineuse sur l'ensemble des radiations lumineuses du visible?

2 3 présentation de la loi de Wien: En 1896, Wilhelm Wien a mis en évidence une loi qui montre que la longueur d'onde λ MAX de la radiation la plus lumineuse émise par un corps noir* est inversement proportionnelle à la température T du corps, soit : λ MAX.T = 2, m.k avec la température T en Kelvin telle que : T(en K) = T( C)+273. *corps noir : modèle théorique d'un corps qui émettrait sous forme de lumière toute l'énergie électromagnétique reçue. On estime la température d'un filament de tungstène d'une lampe à 2500 C. Déterminer la longueur d'onde λ MAX de la radiation la plus lumineuse émise par cette lampe. En déduire la couleur du filament. IV Atelier 3: analyse de spectres : Un spectromètre permet d'obtenir le profil spectral de la lumière observée c'est-à-dire la courbe donnant l'intensité lumineuse des radiations de la lumière en fonction des longueurs d'onde de celles-ci. (cf image ci dessus). 1 le spectre du Soleil : A l'aide du spectroscope à fibre, réaliser l'acquisition du spectre du Soleil. On admettra que le Soleil est assimilable à un corps noir. Déterminer sur le profil du spectre obtenu la longueur d'onde de la radiation la plus lumineuse émise par le soleil. En déduire, à l'aide de la loi de Wien ( cf définition III,3 ), une valeur approchée de sa température de surface. Sachant que le tungstène est le métal qui possède la température de fusion la plus élevée ( 3422 C ), pensez-vous qu'il est possible d'obtenir une lampe à incandescence avec le même profil spectral que le Soleil? Argumentez votre réponse. 2 le spectre de la lampe He : A l'aide du spectrogoniomètre, réaliser l'acquisition du spectre de la lampe à vapeur d'hélium. Correspond-t-il au spectre d'un corps noir? Comment peut-on qualifier ce spectre? Dans quelles conditions obtient-on ce type de spectre? ( petit rappel de seconde...diaporama disponible sur le serveur classe).

3 Lexique de spectroscopie Source monochromatique : source émettant de la lumière qui ne peut être décomposée par un système dispersif (prisme ou réseau). La lumière obtenue est caractérisée par une longueur d'onde λ dans le vide. Source polychromatique : source émettant de la lumière composée d'un ensemble de lumières monochromatiques de longueurs d'onde différentes. Source à incandescence : source lumineuse dont la température est suffisamment élevée pour émettre un rayonnement électromagnétique dans le visible. Source à luminescence : source lumineuse émettant des radiations électromagnétiques par un autre processus que l'incandescence. Couleur d'une source : la couleur d'une source polychromatique dépend de la superposition de l'ensemble des lumières monochromatiques qui la composent. Couleur spectrale : Une couleur spectrale correspond à une lumière dont le spectre ne présente qu'une unique couleur. Couleur perçue : La couleur perçue d'une lumière est l'impression visuelle qu'elle nous donne. Spectre continu d'émission : spectre constitué d'une superposition continu de lumières monochromatiques. Spectre de raies d'émission : spectre constitué d'une suite de raies lumineuses distinctes correspondants à des radiations monochromatiques distinctes.. Spectre de raies d absorption : spectre continu d'émission dont certaines radiations monochromatiques ont été absorbées. Domaines de longueur d'onde : On retiendra que le spectre de la lumière visible s'étend de 400 nm à 800 nm.

4 Température et couleur des étoiles

5 Compléter le tableau suivant en cochant : fiche annexe élève sources étudiées couleur(s) source source à LED jaune lampe à filament tube néon lampe Na solution fluoscéine lampe fluocompacte doc 1 perçue spectrale(s) monochromatique polychromatique incandescence luminescence Loi de Wien : 1 définition : λ MAX.T = 2, m.k avec la température T en Kelvin telle que : T(en K) = T( C) Exercice d'application : On donne la température des corps suivants : Pour le corps humain : θ = 37 C Pour l'étoile Betelgeuse : θ = K Pour l'étoile Capella θ = K Pour l'étoile Rigel θ = K On admettra que ces corps sont assimilables à des corps noirs. Déterminer par le calcul,la longueur d 'onde de la radiation la plus lumineuse émise par chacun de ces corps. Préciser le domaine des ondes électromagnétiques correspondant. En déduire de cette étude la couleur possible de ce corps. On pourra s 'aider de la simulation qui se trouve sur le répertoire classe «blackbody-spectrum_fr.jar». Proposer une explication pour le fait que Capella ne soit pas une étoile verte.

6 matériel - TP observer 4 sources de lumières colorées. salle info faisant le noir ( A210 ou A207) bureau : décomposition de la lumière par un prisme : source lumière blanche et lasers vert et rouge. Atelier 1 : 8 spectroscopes à main LED jaune avec pile ( 6 montages répartis sur 6 tables), lampes Na+alimentation, lampe à incandescence sur lampe bureau, lampe fluocompacte sur lampe bureau, lampe à LED sur lampe bureau, solution de fluoscéine éclairée par lampe à LED dans support PVC. Atelier 2 : 8 spectroscopes à main, spectroscope avec fibre optique, lampe à filament avec alternostat + PC, 4 PC disponibles atelier 3 : spectroscope avec fibre optique, portable PC13 et proche fenêtre pour acquisition Soleil. Lampe He avec alimentation. 4 PC. atelier 4 : spectrogoniomètre avec lampe à vapeur d'hélium.

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