Sciences Physiques 2010 S. ZAYYANI Fiche de Cours Unité : L univers Chapitre: Ch. 3 Spectres Lumineux Différents Spectres Définition : Un spectre lumineux (=spectrum of light) est la figure obtenue par décomposition d une lumière en radiations monochromatiques (= une seule couleur). L appareil utilisé pour cette décomposition s appelle un spectroscope. Cette décomposition peut se faire en faisant passer la lumière par un, ou plusieurs, prismes ; ou par ailleurs, en utilisant un réseau (=lattice, network) (un support plan comportant un très grands nombre de traits très fins, parallèle, équidistant et très rapprochés). Différents types de Spectres Lumineux Spectres Continus : Une bande colorée dont les couleurs varient progressivement. Par exemple, le spectre de la lumière blanche Spectres Discontinus : C est quand il n y a pas une variation progressive des couleurs. Cela se manifeste sous la forme de quelques raies colorées sur un fond noir (spectres de raies) ou sous la forme des bandes ou des raies noires sur un fond continu. Spectres d émission Définition : Un spectre d émission (=emission spectrum) est un spectre produit par la lumière directement émise par une source. 1
Nous considérerons deux types de spectres d emission : i. Spectres continus d origine thermique(=thermal origin) ii. Spectres de raies Spectres d origine Thermique Le spectre de la lumière émise par un corps chauffé. Ce corps peut être solide, liquide ou un gas fortement comprimé. Voici quelques propriétés de ce spectre. Les spectres d origine thermique sont des spectres continus. Lorsque la température augmente, un spectre d origine thermique s enrichit vers le violet, c est-à-dire vers les radiations de courtes longueurs d onde(=short wavelength radiation). Spectres de raies Les spectres de raies s obtiennent grâce à des lampes spectrales ou des tubes à décharges. Pour chaque élément le spectre de raies de la lumière émise par la source est caractéristique. Les raies présentes dans le spectre d un élément correspondent toujours à la même longueur d onde. Par conséquent chaque élément produit un spectre de raies qui lui est propre. Donc : Un spectre de raies constitue la signature d un élément et révèle sa présence. La science de spectroscopie exploit ce fait. 2
Spectres d absorption Un spectre d absorption est un spectre obtenu en analysant la lumière blanche qui traverse une substance. Donc le spectre d absorption montre la partie du spectre de la lumière blanche absorbée par la l élément, alors que le spectre d émission montre la partie du spectre de la lumière blanche émise par l élément. Or, pour un élément les raies d émission et les raies d absorption ont les mêmes longueurs d onde, et du coup le spectre d émission et le spectre d absorption d un élément sont complémentaires (la superposition des deux produit le spectre continu de la lumière blanche). Voici comment obtenir les differents spectres lumineux 3
Application : Spectroscopie & Astrophysique La spectroscopie est l étude de lu lumière émise par une matière. L application principale de cette science est dans l astrophysique, pour la détection des constituants des étoiles. Une étoile peut être assimilée à une boule de gaz très chaud et sous haute pression. La lumière émise par sa surface, la photosphère, donne le fond continue d origine thermique du spectre de l étoile. La couleur de l étoile, comme celle du filament d une lampe, renseigne sur sa température de surface. Avant de nous parvenir, la lumière émise par la surface chaude d une étoile traverse l atmosphère qui l entoure. On peut analyser cette lumière pour obtenir son spectre, et son son profil spectral (la courbe qui représente l intensité lumineuse des radiations émises par cette étoile en fonction des longueurs d ondes de ces radiations). Parmi les radiations de la lumière émise, certaines sont absorbées par les entités chimiques présentes dans l atmosphère. Le spectre obtenu est donc, un spectre d absorption avec des raies noires qui correspondent aux longueurs d onde absorbées par des entités chimiques de son atmosphère. Ce spectre nous renseigne donc sur la composition chimique de son atmosphère. 4
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