Chapitre 2 : Les spectres de lumière

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1 Chapitre 2 : Les spectres de lumière Objectifs : Savoir qu un prisme ou un réseau permet de décomposer la lumière blanche. La superposition de toutes les radiations colorées donne de la lumière blanche. Distinguer un spectre d émission et un spectre d absorption. Distinguer un spectre continu et un spectre de raies. Connaitre les liens entre spectres et températures et spectre et composition chimique. Savoir interpréter les spectres des étoiles. 1/ Spectre et température En TP, on a vu que le spectre d un corps chaud et dense s enrichissait en radiations bleutées et violettes (longueurs d onde petites) lorsque sa température augmentait. Ce spectre est un spectre d émission continu. Application : Couleurs des étoiles Document 1 : carte et photographie d une partie du ciel La constellation d Orion Carte du ciel aux environs du 15 janvier 2011 à 22h Document 2 : Couleurs en fonction de la longueur d onde 1/ Quelle est la couleur de Rigel? Quelle est la couleur de Bételgeuse? Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

2 Rigel est bleue et Bételgeuse est jaune orangée. 2/Pour connaitre la température de l étoile en fonction de sa couleur, il existe une loi : la loi de déplacement de WIEN. Elle donne une relation entre la longueur d onde émise la plus intensément par l étoile notée max et la température en Kelvin (K) max = (en nm) Donne la température approximative de surface des étoiles Bételgeuse et Rigel grâce à leur couleur et à la loi de WIEN: T = = 6100 K (pour Rigel) T = = 4750 K (pour Bételgeuse) 3/ En déduire pour la température de surface du Soleil, étoile jaune. T = = 5100 K 4/ Utilise la loi de Wien pour trouver la longueur d onde max émise par la planète Terre pendant une nuit d été (T = 300 K). A quel domaine cette longueur d onde appartient-elle? max = = 9660 nm = 9,66 µm. On en est dans le domaine des IR et cela a des grosses conséquences (effet de serre, température qui ne chute pas la nuit ) On voit bien sur cette courbe d intensité lumineuse émise par une étoile (considérée commeun corps noir) que la lumière s enrichit en radiation bleutées quand la température augmente

3 2/ Les différents types de spectres Les spectres d émission sont des spectres de la lumière directement émis par la source. Les spectres d absorption d une substance sont des spectres de la lumière obtenus après traversée de cette substance. Spectre continu d émission. Emis par un corps condensé et chaud (étoile, lampe à incandescence). Spectre d émission de raies (discontinu) Emis par un gaz d atomes ou d ions indépendants sous faible pression chauffé à haute température.(lampe à vapeurs de sodium, de mercure, d argon ) Ce spectre est une véritable signature des atomes : Spectre de raies d absorption (discontinu) : Obtenu en faisant passer de la lumière blanche à travers un gaz d atomes ou d ion indépendants sous faible pression. (étoile) Spectre de bandes d absorption (discontinu) : Obtenu en faisant traverser de la lumière blanche à travers un liquide ou gaz coloré. (permanganate de potassium violet, sulfate de cuivre bleu ) Il faut RETENIR : Un atome ou ion n est capable d absorber que ce qu il est capable d émettre. En conséquence les spectres d absorption et d émission auront des raies sombres ou colorées aux mêmes endroits.

4 3/ Application à la détermination de la composition de l atmosphère d une étoile. Le spectre du soleil est un spectre de raies d absorption : les raies sombres sont caractéristiques des atomes présents dans son atmosphère. La surface ou photosphère émet un spectre d émission continu. En passant dans la chromosphère gazeuse chargée d atomes en tout genre, une partie du rayonnement est absorbée par les atomes et ions (d où les raies d absorption). En arrivant sur Terre, un spectrographe enregistre la courbe d intensité lumineuse en fonction de la longueur d onde (affichée ci-dessous). Une partie de la lumière est aussi absorbée par les atomes ou ions de l atmosphère terrestre : il est préférable d établir le spectre en altitude ou dans l espace.

5 3/ Application : Détermination de la composition des étoiles A/ Activité : L étoile NH9195 Une nouvelle étoile baptisée NH9195 vient d être découverte dans notre ciel. On aimerait savoir de quoi est constituée son atmosphère de gaz. On vient de recevoir, de la part de l observatoire de Haute Provence, une partie du spectre de cette étoile! 1/ Un jeune chimiste en herbe affirme que «dans toutes les étoiles, il y a de l argon». Son affirmation est-elle juste? Justifie grâce au document ci-dessous où l échelle est la même pour les 2 spectres. 2/ Quel est le type de spectre de l argon? 3/ Quel est le type de spectre pour l étoile? 4/ En mesurant précisément les longueurs d onde des raies d absorption du spectre de l étoile, détermine la composition de son atmosphère. Tu DECRIRAS précisément ta méthode et PRESENTERA les résultats de ton analyse le plus simplement possible.

6 5/ Voici 7 spectres d étoiles différentes enregistrés par un satellite. Ont-elles la même composition atmosphérique? En plus : Exercice 7 et exercice 15 p147 et 149 du manuel de physique chimie NATHAN sirius.