TP SPECTRES. ATELIER n 1 : EFFET D UN FILTRE

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1 1 TP SPECTRES Certaines étoiles nous apparaissent plutôt bleu (cas de Rigel), d autres plutôt rouge (cas de Bételgeuse). Les lumières émises par les étoiles sont donc différentes. Dans ce TP on cherche à comprendre pourquoi les lumières émises par Rigel et Bételgeuse sont différentes et quelles informations elles nous apportent. Pour cela, on étudie les spectres émis des sources différentes d un atelier à l autre. ATELIER n 1 : EFFET D UN FILTRE 1. Expérience : spectres continus de lumière On envoie un pinceau lumière blanche sur un prisme en verre. Intercaler des filtres de différentes couleurs Appeler le professeur le professeur pour lui présenter l expérience et lui expliquer ce que vous observez. 2. Résultats :

2 2 Dessiner l aspect du spectre sans filtre Aspect du spectre avec filtre un filtre cyan : Rôle du filtre : Le filtre absorbe la lumière rouge et jaune et transmet la lumière bleue et verte. Replacer le matériel tel que vous l avez trouvé sur la table. ATELIER n 2 : COULEUR DE LA LUMIERE EMISE ET TEMPERATURE Pour qu il émette de la lumière, le filament d une lampe doit être chaud. Plus le courant qui le parcourt est important, plus le filament de la lampe est chaud. Dans cet atelier, on décompose la lumière émise par le filament d une lampe. On fait varier le courant qui traverse le filament de la lampe afin de faire varier la température du filament. 1. Protocole. Diminuer l intensité lumineuse de la source et observer l évolution du spectre Appeler le professeur le professeur pour lui présenter l expérience et lui expliquer ce que vous observez. 2. Résultats : Filament peu chaud (Lumière peu intense) Filament très chaud (Lumière intense) Interprétation : plus le corps émettant de la lumière est chaud, plus le spectre de la lumière qu il émet se décale vers le bleu, vers des longueurs d onde plus petites.

3 3 ATELIER n 3 : SPECTRES DE RAIES d émission Certaines lampes, comme les tubes néons, ne nécessitent pas d être chauffées pour émettre de la lumière (cas des lampes à filament). Ils sont constitués d un gaz d atomes à basse pression qui reçoivent de l énergie électrique et émettent alors de la lumière. Dans cet atelier on cherche à obtenir les spectres obtenus à partir de telles lampes. 1. Spectre d une lampe à vapeur d hélium : Attention : ne pas regarder directement la lumière émise par la lampe utilisée dans cette expérience! On envoie un pinceau lumière obtenu avec une lampe à vapeur d hélium (He) sur un prisme en verre. Protocole pour obtenir le spectre : Spectre observé 2. Spectre d un tube fluorescent : A l aide d un spectroscope, observer la lumière émise par un tube fluorescent. Spectre observé. Remarque : dans le spectroscope, l élément qui décompose la lumière n est pas un prisme, mais un «réseau». 3. Expliquer la différence entre les spectres de lumières émises par des corps chauds (filament d une lampe) et celui d un gaz d atomes à basse pression. Le spectre de la lampe à gaz présente des raies d émission : seules certaines lumières de longueurs d ondes précises sont émises. Le spectre de la lampe à filament est continu, plus ou moins complet selon la température du filament : il émet une infinité de lumières différentes.

4 4 ATELIER n 4 : SPECTRES DE RAIES d absorption On utilise la simulation sur le site : Allumer les deux montages (cliquer sur «ON») et choisir dans le tableau l atome d hydrogène «H» (cela revient à choisir de ampoules remplies de gaz hydrogène). Comparons les deux montages : Compléter le tableau ci-dessous et dessiner l aspect des spectres obtenus avec des atomes d hydrogène (préciser l aspect du fond et l aspect des raies) Montage Source de lumière (filament/ gaz) Milieux traversés (air / gaz froid) Rôle du gaz (émet / absorbe) Spectre Dessiner les spectres Emission Gaz (air) Emet la lumière Fond : noir Raies : colorées filament Gaz froid (air) Absorbe certaines lumières Fond : coloré Raies : noires Absorption

5 5 4. Observer tour à tour les spectres de différents atomes. Pourquoi peut-on dire que les spectres obtenus sont les «signatures» des atomes qui émettent la lumière analysée? Les spectres sont caractéristiques des atomes qui émettent la lumière analysée. 5. Que remarque-t-on des raies d émission et d absorption obtenues pour un même type d atomes dans chacun des cas? Les raies d émission et d absorption sont les mêmes pour un même type d atome. Exploitation des expériences Document 1 : Modèle simplifié d une étoile Une étoile peut être modélisée par une boule de plasma de température élevée émettant de la lumière, entourée d une atmosphère de gaz appelée chromosphère. Document 2 : Spectres des lumières émises par Rigel et Bételgeuse Interpréter les spectres de Rigel et Bételgeuse. Rédigez une réponse en suivant le plan suggéré par les questions qui suivent : Décrire les spectres des deux étoiles et relever leurs différences (décrire le fond et les raies) Que nous apprend le fond du spectre pour chaque étoile? Pour quelle raison observe-t-on des raies dans les spectres de ces étoiles. Quelles informations pourraient nous fournir ces raies?

6 6 Observation Référence atelier Info doc/cours Déduction Fond continu centré sur le rouge pour Bételgeuse, centré sur le bleu pour Rigel Atelier n 2 : plus le corps émettant de la lumière est chaud, plus le spectre de la lumière qu il émet se décale vers les petites longueurs d onde Rigel est une étoile plus chaude que Bételgeuse Nombreuses raies d absorption dans chaque cas Atelier n 4 : raies dues à la présence d un gaz sur le trajet de la lumière produite qui absorbe certaines longueurs d ondes Atelier n 4 : chaque type d atomes caractérisé par un spectre particulier document 1 : la lumière produite par l étoile traverse son atmosphère (chromosphère) constituée de gaz froids Les gaz de la chromosphère sont responsables des raies d absorption L analyse des raies permettrait de connaître la composition de la chromosphère Les spectres de Bételgeuse et Rigel présentent tous deux des fonds continus colorés et des raies noires d absorption. Le fond du spectre de Bételgeuse est centré sur le rouge, alors que celui du spectre de Rigel est centr» sur le bleu. D après l atelier n 2, plus le corps émettant de la lumière est chaud, plus le spectre de la lumière qu il émet se décale vers les petites longueurs d onde. On peut donc on déduire que Rigel est une étoile plus chaude que Bételgeuse. Les deux spectres présentent des raies d absorption : d après l atelier n 4, ces raies sont dues à la présence d un gaz sur le trajet de la lumière produite qui absorberait certaines longueurs d ondes. D après le document 1, on constate que la lumière produite par l étoile traverse son atmosphère (chromosphère) constituée de gaz froids. Ce sont ces gaz qui sont responsables des raies d absorption. L analyse des raies permettrait de connaître la composition de la chromosphère puisque chaque type d atome est caractérisé par un spectre particulier.