Phys. N° 04

Les Messages

de la Lumière. 

Cours.

 

   

 

Programme 2010 : La lunière des étoiles

Programme 2010 : Physique et Chimie

 

I- Les spectres d’émission.

(en relation avec le TP physique N° 05).

1)- Définition.

2)- Les spectres continus d'origine thermique.

3)- Les spectres de raies.

4)- Les spectres de flamme.

II- Les spectres d’absorption.

(en relation avec le TP physique N° 06)

1)- Définition.

2)- Spectres de raies d'absorption.

3)- Spectres de bandes, Cas d'une solution colorée.

III- La lumière des étoiles.

1)- Le spectre d'une étoile.

2)- Le spectre de la lumière solaire.

3)- Structure du Soleil.

4)- Température de la surface d'une étoile.

IV- Applications. 

1)- QCM :    

2)- Exercices.

Exercices (énoncé et correction)

TP physique N° 05 - Les messages de la Lumière. (1)

TP physique N° 06 -  Les messages de la Lumière. (2)

 

Exercices (énoncé et correction)

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde 

Collection DURANDEAU   HaCHETTE

Exercice 03 page 68

Exercice 07 page 69

Exercice 10 page 69

Exercice 13 page 70

Exercice 15 page 71

Exercice 19 page 71

Physique et Chimie  seconde 

Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

1)- Exercice 3 page 222.

2)- Exercice 4 page 222.

3)- Exercice 5 page 222.

4)- Exercice 12 page 222.

5)- Exercice 14 page 222.

6)- Exercice 16 page 223.

 

Pour aller plus loin : 

Logiciel pour létude de la lumière et des spectres

Chroma

Gratuit

Mots clés :

La lumière blanche ; le prisme ; décomposition de la lumière blanche ; spectres d'émission ; spectres d'absorption ; lumière des étoiles ; température et couleurs ; les radiations lumineuses ; ...

 

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I- Les spectres d’émission. (En relation avec le TP physique N° 05).

1)- Définition.

-    Un spectre d’émission est un spectre produit par la lumière directement émise par une source.

-    Un spectre lumineux est la figure obtenue par décomposition d’une lumière complexe en ses radiations lumineuses.

2)- Les spectres continus d’origine thermique.

-    Exemples :

-    La lampe à incandescence dont on augmente la valeur de la tension. La combustion d’un morceau de charbon.

-    Tout corps chauffé à une température suffisante émet de la lumière.

-    Le spectre de la lumière émise par un corps chauffé est un spectre d’origine thermique.

-    Le corps peut être un solide, un liquide que l’on chauffe ou un gaz fortement comprimé.

-    Résultats importants :

-    Les spectres d’origine thermique sont des spectres continus.

-    Le spectre évolue avec la température. 

-    Lorsque la température augmente, le spectre devient de plus en plus lumineux et s’enrichit de couleurs vertes, bleues puis violettes. 

-    Il s’étale vers les violets et ultraviolets. Il s‘étale vers les courtes longueurs d’onde.

3)- Les spectres de raies.

-    Exemple :

-    La lampe à vapeur de mercure.

-    La lampe contient des atomes de mercure sous faible pression.

-    On excite les atomes de mercure grâce à des décharges électriques.

-    Observations :

-    Le spectre obtenu est discontinu.

-    Il est constitué d’un nombre limité de radiations.

Conclusion :

Un gaz, à faible pression et à température élevée, émet une lumière constituée d’un nombre limité de radiations.

On obtient un spectre de raies.

-  Le spectre obtenu est caractéristique des atomes du gaz qui émet les radiations.

-  Un spectre de raies constitue la signature d’un élément chimique et révèle sa présence.

Il permet d’identifier une entité chimique (atome ou ion).

4)- Les spectres de flamme.

Expérience :

-    Dans la flamme non éclairante d’un bec Mecker, on porte un fil de platine ayant été trempé dans une solution de chlorure de sodium. 

-    La solution contient les ions sodium et les ions chlorure.

-    Observations :

-    La flamme dans laquelle est jaune. Elle met en évidence la présence de l’élément sodium.

Conclusion :

-  Le spectre de la lumière émise par la flamme est semblable à celui de la lumière émise par la lampe à vapeur de sodium. 

-  Les ions et les atomes émettent de la lumière dont le spectre est appelé : spectre de flamme.

Il est constitué de raies.

-  Les radiations émises sont caractéristiques de la nature chimique des atomes ou des ions présents dans la flamme.

-    Exploitation :

-    En analyse chimique, on utilise les couleurs de flamme pour rechercher certains ions dans une solution. 

-    Les radiations émises sont caractéristiques de la nature chimique des atomes ou des ions présents dans la flamme.

-    Quelques couleurs de flamme :

Couleurs émises par quelques composés lors de la combustion

Couleur

Éléments

Composés

Formule

Violet

Potassium

Nitrate de potassium

Chlorate de potassium

KNO3

KClO

Bleu

Cuivre



Zinc

Chlorure cuivreux

Sulfate de cuivre

Poudre de zinc

CuCl

CuSO4

Zn

Vert

Baryum

Nitrate de baryum

Chlorure de baryum

Chlorate de baryum

Ba(NO3)2

BaCl2

Ba(ClO3)2

Jaune

Sodium

Oxalate de sodium

Oxyde de sodium

Nitrate de sodium

Na2C2O4

Na2O

NaNO3

Orangé

Calcium

Nitrate de calcium

Ca(NO3)2

Rouge

Strontium

Nitrate de strontium

Hydroxyde de strontium

Chlorure de strontium

Oxyde de strontium

Carbonate de strontium

Sr(NO3)2

Sr(OH)2

SrCl2

SrO

SrCO3

 

Baryum

Calcium

Cuivre

Potassium

Lithium

Sodium

Strontium

 

II- Les spectres d’absorption. (En relation avec le TP physique N° 6)

 

1)- Définition.

-    Un spectre d’absorption est un spectre obtenu en analysant la lumière blanche qui a traversé une substance.

2)- Spectres de raies d’absorption.

Expérience : projecteur de diapo (lampe), fente, bec Mecker (NaCl : Chlorure de sodium), lentille, prisme, écran noir.

-    Observations :

-    Le spectre de la lumière qui a traversé le gaz contenant des ions monoatomiques est un spectre continu entrecoupé de raies noires.

Conclusion :

-  Un gaz, à basse pression et à basse température, traversé par une lumière blanche donne un spectre d’absorption.

-  Le spectre de la lumière transmise est constitué de raies noires se détachant sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche.

-  Le gaz absorbe les radiations qu’il est capable d’émettre. 

-  Un spectre d’absorption est caractéristique de la nature chimique d’un atome ou d’un ion.

3)- Spectres de bandes. Cas d’une solution colorée.

a)- spectre d’absorption d’une solution de permanganate de potassium.

Expérience :

 Lumière

Blanche

Lentille

Condenseur

Cuve

Lentille

Fente

Prisme

ou 

Réseau

Ecran 

-    Observation :

-    La solution de permanganate de potassium est violette lorsqu’on l'observe à la lumière du jour.

-    L’analyse de la lumière transmise par la solution de permanganate de potassium révèle la présence d’une bande sombre dans le spectre de la lumière blanche.

-    Une partie du vert et du bleu a été absorbée par la solution.

-    On obtient un spectre de bandes d’absorption.

-    Les radiations absorbées dépendent de la nature du milieu.

-    Un spectre de bande est caractéristique de la substance dissoute.

-    Spectre d’absorption de la solution jaune : rouge – orange – jaune – vert : bande noire  qui va du bleu au violet.

Spectre de la lumière blanche

Spectre de la lumière blanche ayant traversé la solution jaune.

 

-          Spectre de la solution bleue : jaune – vert – bleu – violet : bande noire  qui va du rouge à l’orange.

Spectre de la lumière blanche

Spectre de la lumière blanche ayant traversé la solution bleue.

 

-          Spectre de la solution violette : rouge – orange – jaune – violet : bande noire qui va du vert au bleu.

Spectre de la lumière blanche

Spectre de la lumière blanche ayant traversé la solution violette.

III- La lumière des étoiles.

 

1)- Le spectre d’une étoile.

-    Les connaissances sur la structure des étoiles proviennent uniquement de l’analyse du rayonnement que nous en recevons.

-    Une étoile peut être considérée comme une boule de gaz sous haute pression.

-    La température de l’étoile passe de plusieurs centaines de millions de degrés au centre à quelques milliers de degrés en surface.

-    La plupart des étoiles comportent une atmosphère constituée d’un gaz sous basse pression.

2)- Spectre de la lumière solaire.

-    Le spectre de la lumière du Soleil est la superposition de deux spectres :

-    Un spectre d'émission continu et

-    Un spectre de raies d’absorption.

-    Conséquences : 

-    La présence du spectre d’émission continu montre que le Soleil est un corps chaud. 

-    La présence des raies noires d’absorption indique que le Soleil est entouré d’une couche extérieure gazeuse constituée d’atomes et d’ions.

3)- Structure du Soleil.

-    Comme toute étoile le Soleil est une énorme sphère de gaz très chauds qui produisent de la lumière. 

-    Le cœur de l’astre est si dense que la lumière transportant l’énergie libérée par les réactions nucléaires met environ 1 million d’années pour parvenir à la surface du Soleil.

-    La surface du Soleil est appelée la Photosphère.

-    La température de la photosphère est de l’ordre de 5500 °C.

-    L’existence de raies d’absorption est du à la présence d’une atmosphère autour du Soleil. 

-    On l’appelle la chromosphère.

-    Elle est constituée de gaz sous faible pression avec des régions où la température atteint 104 °C.

-    Entre 300 nm et 700 nm, il existe plus de 20 000 raies répertoriées.

-    L’analyse spectrale permet de connaître la composition chimique détaillée et précise du Soleil.

-    Les éléments les plus abondants : H : 78,4 % en masse et He : 19,6 % en masse.

4)- Température de surface d’une étoile.

-    On peut faire le classement des étoiles selon leur température de surface et leur couleur.

-    La couleur d’une étoile traduit sa température.

-    Une étoile bleue est plus chaude qu’une étoile jaune.

-    Tableau :

Température

Moyenne

° C

3000

5500

8000

10000

Couleur

Rouge

orangée

Jaune

Blanche

bleutée

Exemple

Bételgeuse

Le Soleil

Sirius

Rigel

IV- Applications.

1)- QCM :

 

2)- Exercices.

Exercices (énoncé et correction)

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde 

Collection DURANDEAU   HaCHETTE

Exercice 03 page 68

Exercice 07 page 69

Exercice 10 page 69

Exercice 13 page 70

Exercice 15 page 71

Exercice 19 page 71

Physique et Chimie  seconde 

Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

1)- Exercice 3 page 222.

2)- Exercice 4 page 222.

3)- Exercice 5 page 222.

4)- Exercice 12 page 222.

5)- Exercice 14 page 222.

6)- Exercice 16 page 223.