Thème 2 : Lumière et matière colorée / CHAP2

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1 Thème 2 : Lumière et matière colorée / CHAP2

2 Vers la loi de Wien (1) La spectroscopie consiste à étudier une lumière en la décomposant à l aide d un système dispersif Afin d obtenir un spectre, on peut utiliser comme dispositif... x Un réseau Un télescope x Un prisme x Des gouttes d eau De la fumée x Un CD Un drap

3 (2) Le spectre de la lumière blanche x est continu et s étale du rouge au violet contient des raies noires sur un fond coloré contient des raies colorées sur un fond noir x contient toutes les couleurs de l arc-en-ciel x est celui d une source polychromatique est celui d une source monochromatique

4 (3) x plus la température de la source lumineuse est grande, plus le spectre s enrichit dans les radiations de petites longueurs d onde dans les radiations de grandes longueurs d onde

5 (4) Interpréter cette situation: L ampoule d une lampe de poche munie d une pile neuve émet une lumière blanche et intense Si la pile est usée, la lumière émise est peu intense, elle devient orangée puis rouge.

6 - Lorsque le filament est fortement chauffé avec la pile neuve ( 2 700K) il émet toutes les radiations du visible, il devient blanc - Lorsque la pile est usagée, le filament est moins chaud ( 1 500K) ; le spectre de la lumière émise s appauvrit en radiations bleues et vertes, seules les radiation oranges et rouges persistent.

7 (5) Bételgeuse et Bellatrix sont deux étoiles appartenant à la constellation d Orion qui est très facilement visible dans le ciel des nuits d hiver La température de surface est de K pour Bételgeuse et de K pour Bellatrix. D après ces données et de ce qui a été vu dans la question précédente, quelle devrait-être la couleur de ces étoiles?

8 - Ces étoiles ont une température de surface supérieure à celle du filament blanc de la lampe précédente. - Leur spectre lumineux contient toutes les radiations de la lumière visible Leur couleur devrait-être blanche

9 Ceci n est pas cohérent avec l observation puisque Bételgeuse est une étoile rouge et Bellatrix une étoile bleue Comment peut-on expliquer ces couleurs qui semblent en contradiction avec les résultats suivants. - La couleur d un corps chaud dépend des radiations émises mais également de leur intensité

10 (6) Le graphe suivant représente l intensité lumineuse émise en fonction de la longueur d onde pour des corps de températures différentes. Tracer sur le graphe, le domaine correspondant aux radiations visibles. Quelle est la longueur d onde correspondant au maximum d intensité lumineuse - à 3500K? M = 800 nm - à 5000 K? M = 580 nm

11 De manière générale, que peut-on dire de la longueur d onde ayant le maximum d intensité lumineuse lorsque la température augmente? - lorsque T M Un corps chaud émet-il toutes les radiations avec la même intensité? - pour une même température certaines radiations sont beaucoup plus intenses que d autres.

12 La loi de Wien Dans le tableau ci-dessous, il est donné, pour plusieurs températures en Kelvin, la valeur de la longueur d onde correspondant au maximum d émission lumineuse du corps chauffé. T (K) λ M (nm) T (K) λ M (nm) A l aide d un tableur, recopier ces données et tracer la courbe avec λ M en m M f 1 T T en K

13 Que remarque-t-on? On obtient une droite En déduire une relation entre la longueur d onde λ M et l inverse de température. M 2,9.10 T 3

14 Le spectre de la lumière émise par tout corps chaud est continu dans un large domaine de longueurs d onde ; il dépend de la température du corps rayonnant. L intensité de chaque radiation du rayonnement émis a toujours une forme qui présente un maximum pour une longueur d onde λ M En 1893, le physicien allemand Wien, a proposé une loi qui relie la température d un corps chaud à la valeur de la longueur d onde la plus intense : 3 M T 2,89.10 m. K

15 Bételgeuse K Application Soleil 5500 K Bellatrix K Le document ci-dessous donne 2 spectres: Bételgeuse Bellatrix - quel est le spectre de Bételgeuse - quel est le spectre de Bellatrix?

16 Bételgeuse K Soleil 5500 K Bellatrix K calculer la longueur d onde du maximum d intensité lumineuse pour Bételgeuse, Bellatrix et pour le Soleil. 3 M T 2,89.10 m. K M 2,89.10 T 3 Bételgeuse M 2, , m = 830 nm Soleil M 2, , m = 530 nm Bellatrix M 2, , m = 100 nm

17 Bételgeuse K M = 830 nm Soleil 5500 K M = 530 nm Bellatrix K M = 100 nm Associer aux trois étoiles, un des 3 spectres ci-dessous Bellatrix Bételgeuse Soleil Conclure sur la couleur de ces étoiles.

18 - Le maximum d intensité ( dans le visible) est obtenu pour une radiation rouge. - La courbe d intensité descend très vite pour les autres radiations : Bételgeuse est une étoile rouge

19 - Le maximum d intensité est obtenu dans l ultraviolet - La forme de la courbe montre que le violet et le bleu sont plus intenses que les autres couleurs. Béllatrix est une étoile bleue

20 - La radiation la plus intense correspond à une radiation verte mais globalement toutes les radiations du visible sont bien représentées. Le Soleil nous apparait donc comme une étoile blanche et non verte

21 La couleur réelle d une étoile peut dépendre de plusieurs paramètres : - de la couleur de la radiation émise avec le plus d intensité - de la couleur des autres radiations présentes même si elles sont moins intenses. - de notre œil qui n a pas la même sensibilité pour les radiations lumineuses

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