L'UNIVERS Chapitre 6 LA LUMIÈRE DES ÉTOILES ET DES ATOMES sciences physiques et chimiques - Seconde http://cedric.despax.free.fr/physique.chimie/ SOMMAIRE SOMMAIRE... 2 INTRO......3 OBJECTIFS... 4 Mobiliser ses connaissances :... 4 Réaliser, calculer, appliquer des consignes modéliser :... 4 Mettre en œuvre une démarche expérimentale :...4 Raisonner :... 4 COURS......5 I.Lumière monochromatique et lumière polychromatique...5 II.Pourquoi un prisme dévie la lumière?...8 II.1.Le phénomène de réfraction...8 II.2.Les lois de Snell-Descartes pour la réfraction...10 III.Pourquoi un prisme disperse une lumière polychromatique?...12 III.1.Le phénomène de dispersion... 12 III.2.Milieu de propagation dispersif...13 IV.La lumière des étoiles... 14 IV.1.Lumière émise et température de surface de l'étoile... 14 IV.2.Lumière émise et composition de l'atmosphère de l'étoile...16 BIBLIOGRAPHIE... 19 ANIMATIONS...19
INTRO Comment identifier les atomes et déterminer la température d'une étoile Activité documentaire n 1 : Sommes nous seuls dans l'univers? OBJECTIFS Mobiliser ses connaissances : Savoir qu'un corps chaud émet un rayonnement continu, dont les propriétés dépendent de la température. Réaliser, calculer, appliquer des consignes modéliser : Repérer, par sa longueur d'onde dans le spectre d'émission ou d'absorption une radiation caractéristique d'une entité chimique. Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques présentes dans l'atmosphère de l'étoile. Mettre en œuvre une démarche expérimentale : Utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres d'émission et d'absorption et comparer ces spectres à celui de la lumière blanche. Pratiquer une démarche expérimentale pour établir un modèle à partir d'une série de mesures et pour déterminer l'indice de réfraction d'un milieu. Raisonner : Interpréter qualitativement la dispersion de la lumière blanche par un prisme.
COURS I. Lumière monochromatique et lumière polychromatique Activité expérimentale n 3 : La nature de la lumière blanche Une lumière peut être constituée d'un ensemble de radiations lumineuses (ondes lumineuses) constituant son spectre. Chaque radiation correspond à une nuance de couleur. Un prisme ou un réseau permet de dévier et de séparer les radiations lumineuse d'une lumière pour obtenir son spectre. Le spectre de la lumière blanche émise par une lampe à incandescence est continu ; il s'étend du violet au rouge et comporte toutes les couleurs visibles par l'oeil humain. Dans l'air et dans le vide, on caractérise une radiation par un nombre, appelé longueur d'onde, exprimé en mètre ou en sous-multiple du mètre. La longueur d'onde est notée λ. Une lumière monochromatique est composée d'une seule radiation. Une lumière polychromatique est composée de plusieurs radiations. Exercices n 1, 2 et 3 p.37
II. Pourquoi un prisme dévie la lumière? II.1. Le phénomène de réfraction La réfraction est le changement de direction de propagation d'un faisceau lumineux passant d'un milieu de propagation à un autre. Milieu 1 Milieu 2 Le phénomène de réfraction est lié au fait qu'une radiation lumineuse ne se déplace pas à la même vitesse dans les deux milieux de propagation. Le changement de direction dépend donc des deux milieux de propagation.
Une radiation lumineuse est donc toujours déviée par un prisme du coté de sa base... II.2. Les lois de Snell-Descartes pour la réfraction Activité expérimentale n 4 : Loi de la réfraction Le rayon incident et le rayon réfracté appartiennent à un même plan, perpendiculaire à la surface de séparation, appelé plan d'incidence. Le rayon incident et le rayon réfracté sont situés de part et d'autre de la normale. L'angle d'incidence et l'angle de réfraction vérifient la relation : n 1 sin i 1 = n 2 sin i 2
L'indice de réfraction d'un milieu dépend en général de la longueur d'onde de la radiation lumineuse qui le traverse. Il est toujours supérieur à 1. Pour une longueur d'onde donnée, l'indice de réfraction n caractérise un milieu transparent. Comme son nom l'indique, l'indice de réfraction donne un indice sur la vitesse à laquelle se propage une radiation lumineuse dans le milieu qu'il caractérise. n = c c milieu Exercices n 3, 4 et 14 p.51 et 53 III. Pourquoi un prisme disperse une lumière polychromatique? III.1. Le phénomène de dispersion La dispersion de la lumière est la séparation des différentes radiations de cette lumière lors d'une réfraction. L'arc-en-ciel est un phénomène naturel dû à la dispersion de la lumière du Soleil par des gouttes d'eau en suspension.
III.2. Milieu de propagation dispersif L'indice de réfraction d'un milieu dispersif dépend de la longueur d'onde de la radiation lumineuse qui le traverse. Deux radiations de longueur d'onde différente ne sont donc pas déviées de la même façon. Exercices n 6 et 10 p.51 et 52 IV. La lumière des étoiles IV.1. Lumière émise et température de surface de l'étoile L'étoile Sirius de la constellation du Grand Chien est une étoile blanche, les étoiles Rigel et Bételgeuse de la constellation d'orion sont des étoiles respectivement bleue et rouge. Pourquoi les étoiles n'apparaissent-elles pas toutes de la même couleur Activité expérimentale n 5 : Température de surface d'une étoile
Le spectre de la lumière émise par un corps chaud dépend de sa température. Il s'enrichit vers le violet quand la température augmente. L'analyse de la lumière provenant d'une étoile permet de connaître sa température de surface. Exercices n 4, 14, 15 et 17 p.37, 39 et 40 IV.2. Lumière émise et composition de l'atmosphère de l'étoile Activité de modélisation n 2 : Composition chimique de l'atmosphère d'une étoile
Une entité chimique ne peut absorber que les radiations qu'elle est capable d'émettre. Les raies d'émission ou d'absorption permettent d'identifier une espèce chimique présente dans un gaz. L'analyse de la lumière provenant d'une étoile permet de connaître sa température de surface et la composition chimique de son atmosphère. Le Soleil est essentiellement composé d'hydrogène et d'hélium. L élément hélium doit son nom au fait qu il a été découvert, par ses raies d absorption, dans le spectre du Soleil (hélios en grec) avant d être isolé sur Terre. Exercices n 6, 9, 12 et 19 p.38, 39 et 40
BIBLIOGRAPHIE Physique Chimie 2 nd Collection Dulaurans Durupthy, HACHETTE éducation ANIMATIONS http://www.edumedia-sciences.com/fr/ (identifiant : 0070001N mdp : edumedia) http://videos.howstuffworks.com/discovery/29423-assignment-discovery-newtons-explanation-of-gravityvideo.htm http://dnpro.free.fr/gestclasse_v7/documents/swf/capsule.swf http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_temperature.swf http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf