U2: LA LUMIERE EMISE PAR LES OBJETS

Transcription

1 U2: LA LUMIERE EMISE PAR LES OBJETS 1. COMMENT DECOMPOSER LA LUMIERE? Newton, dès 1766, réussit à décomposer la lumière solaire avec un prisme : Placer la légende sur le schéma : lumière blanche, écran, prisme, spectre. La lumière émise par une lampe à incandescence est déviée par le prisme. Sur l écran, on observe des couleurs variant progressivement du violet au rouge : cette figure colorée est appelée spectre. Un prisme ( ou un réseau ou un spectroscope) permet de décomposer la lumière et d en obtenir un spectre. 2. LONGUEUR D ONDE? Une lumière monochromatique est appelée une radiation. Elle est caractérisée par une grandeur appelée longueur d onde, notée λ (lettre grecque lambda) et qui s exprime en mètres. Les radiations visibles par l œil humain correspondent aux radiations dont les longueurs d onde vont de 400 à 800 nm Remarque sur les conversions : 1nm = 10-9 m = 0, m Couleur violet bleu vert jaune orange rouge Longueur d onde λ en nm La lumière émise par le Soleil et les lampes à incandescence contient des radiations qui ne sont pas visibles par l œil humain : rayons X, ultraviolets, infra-rouge 3LA LUMIERE DEPEND-ELLE DE LA SOURCE QUI L EMET? Lorsqu on observe directement la lumière émise par une source à travers un système dispersif, on obtient un spectre d émission. Un tel spectre peut être continu ou présenter des raies. 1. La lumière émise par un corps chaud. Corps très chaud solide, liquide ou gaz sous très haute pression Ex : Lampe à incandescence, Soleil Spectre continu d émission d origine thermique

2 Un corps chaud (solide, liquide ou gaz sous haute pression) émet une lumière dont le spectre est continu. Ce spectre change avec la température. Lorsque la température s élève, le spectre continu d émission devient de plus en plus lumineux et s enrichit de couleurs verte, bleue et violette. On parle spectre thermique puisqu il dépend de la température d émission. Ex n 6 p La lumière émise par un gaz. Gaz à basse pression : Ex : lampe à vapeur de mercure Spectre de raies d émission ( spectre discontinu) Soumis à une décharge ou porté à température élevée Le spectre de la lumière émise est constitué de quelques raies fines colorées se détachant sur un fond noir. Il est constitué d un nombre limité de radiations. Un gaz à basse pression et à température élevée émet une lumière constituée d un nombre restreint de radiations : on obtient un spectre de raies d émission. Les couleurs et positions des raies dans les spectres sont caractéristiques des atomes du gaz (sodium, mercure) qui émettent ces radiations. A chaque raie correspond une radiation monochromatique de longueur d onde dans le vide bien déterminée. Un spectre de raies d émission permet d identifier une entité chimique (atome ou ion) : c est la signature de cette entité chimique. Ex n 7 p QUE DEVIENT LA LUMIERE QUI TRAVERSE LA MATIERE? Lorsqu on interpose une substance entre une source à spectre continu et un système dispersif, cette substance ne laisse pas passer toutes les radiations lumineuses : le spectre obtenu est le spectre d absorption de cette substance. 1. La lumière qui traverse une solution. Lorsque la lumière traverse une substance colorée, une partie est absorbée par la substance, une autre partie est transmise et arrive jusqu à nos yeux. Substance Lumière blanche colorée Spectre de bandes d absorption Le spectre de la lumière qui a traversé une substance colorée présente une bande noire, qui correspond aux radiations que la solution a absorbées : on dit qu on observe le spectre d absorption de la substance.

3 Un spectre de bandes d absorption est caractéristique des substances colorées et permet de les identifier. 2. La lumière qui traverse un gaz. Lorsque la lumière traverse un gaz à basse pression, les atomes ou les ions de ce gaz absorbent certaines radiations bien précises. Gaz Lumière blanche Spectre de raies d absorption Lorsqu un gaz à basse pression est traversé par de la lumière blanche, le spectre de la lumière transmise est constitué de raies noires se détachant sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche : c est un spectre de raies d absorption. Un atome ou un ion ne peut absorber que les radiations qu il est capable d émettre. Les raies d absorption, comme celles d émission, permettent d identifier les atomes ou ions présents dans un gaz. 5. QUE NOUS APPREND LA LUMIERE PROVENANT DES ETOILES? L analyse au spectroscope de la lumière émise par une étoile montre la présence d un fond continu coupé par de très nombreuses raies sombres, appelées raies de Fraunhofer. Le spectre du Soleil en compte environ ! D une étoile à l autre, le spectre diffère par la couleur dominante du fond continu et par la position ou l intensité des raies sombres. Ces distinctions permettent aux astronomes de classer les étoiles. Le spectre d une étoile est un spectre de raies d absorption 1- Spectre d une étoile et température de surface Betelgeuse Soleil Sirius Rigel

4 Une étoile est Couleur rouge jaune Blanche Bleue une énorme boule de gaz très chaud et très condensé qui émet de la Température de 3000 C 6000 C C C lumière au niveau de la surface surface (ou photosphère). La lumière émise a un spectre continu dont la couleur dominante nous renseigne sur la température à la surface de l astre. 2- Spectre d une étoile et composition chimique La lumière, en quittant la photosphère où elle est émise, traverse la chromosphère; cette chromosphère est une sorte d atmosphère composée de gaz sous faible pression. Les raies sombres observées dans le spectre correspondent aux radiations absorbées par les gaz présents dans la chromosphère. Le spectre de raies d absorption de l étoile nous renseigne donc sur la composition chimique de son atmosphère. Classe spectrale O B A F G K M Température de surface ( C) Principales raies He, He + ; H H, He, Mg + H, Ca 2+ H, métaux Ca, Fe, métaux métaux Ca, Ca 2+, TiO NB : certaines raies d absorption proviennent de l atmosphère terrestre que la lumière des étoiles traverse avant d être analysée par les spectroscopes. Ces raies parasites sont appelées raies telluriques. Remarque : Les physiciens ont établi une relation entre λmax et la température à la surface du soleil λmax *T = 2.9 *10-3 m.k Soleil λmax=480 nm

5 Exercice Un bouquet d'étoiles Certaines étoiles paraissent colorées dans le ciel nocturne. Le document ci-dessous représente les spectres de trois étoiles notées A, B et C. L'étoile A est blanche, l'étoile B est bleue et l'étoile C est rouge. 1. Classer ces étoiles par ordre de température croissante. 2. Comment évoluent les spectres de l'étoile la plus froide à la plus chaude? 3. Associer les spectres à chacune des étoiles.

6 Exercice Un bouquet d'étoiles Certaines étoiles paraissent colorées dans le ciel nocturne. Le document ci-dessous représente les spectres de trois étoiles notées A, B et C. L'étoile A est blanche, l'étoile B est bleue et l'étoile C est rouge. 1. Classer ces étoiles par ordre de température croissante. 2. Comment évoluent les spectres de l'étoile la plus froide à la plus chaude? 3. Associer les spectres à chacune des étoiles. Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes

7 Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes