TP Physique N° 05 

Les Messages de

la lumière. 

Enoncé

 

   

Programme 2010 :

Programme 2010 : Physique et Chimie

 

Correction

Objectifs : 

 Réaliser divers spectres lumineux, les comparer,

les classer et en déduire des informations sur la température et

la composition d’un objet inaccessible (étoile, nébuleuse,..)

 

Matériel :

Rétroprojecteur, projecteur de diapositives, réseaux, lampes à vapeur de mercure et de sodium,

Lampe cadmium, nickel, zinc.

Générateurs, lampes de 12 V (pour 8 groupes), bec bunsen, pulvérisateurs,

Solution de permanganate de potassium (0,01 mol / L), solution de chlorure de sodium,

Solution de sulfate de cuivre II, solution de chlorure de calcium, chlorure de baryum,

Spectroscopes de poche, solution de colorant jaune, solution de colorant bleu, seringues.

 

I- Dispersion de la lumière blanche.

II- Spectres d’émission

III- Spectres d’absorption

IV- Applications à l’Astrophysique.

 

 

I- Dispersion de la lumière blanche. 

1)- Dispersion de la lumière blanche par un prisme.

ManipulationPlacer un prisme sur le trajet de la lumière provenant d’une lampe à incandescence.

RédigerObserver et dessiner le spectre en indiquant les différentes couleurs.

2)-  Dispersion de la lumière par un réseau.

-     Un réseau est constitué d'un  film transparent sur lequel on a gravé des traits parallèles, équidistants et très fins

-    Exemple  : le réseau noté 580 : on a gravé 580 traits par millimètre).

Rédiger Observer et dessiner le spectre obtenu.

3)- Comparaison.

RédigerQuels sont les points communs et les différences entre les deux spectres ?

II- Spectres d’émission

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

1)- Spectre continu d’origine thermique.

a)- Analyse de la lumière émise par une lampe (6 V)

ManipulationMontage : brancher la lampe aux bornes du générateur (alimentation ajustable).

-     Régler la tension sur zéro puis mettre le générateur sous tension.

-     Augmenter la tension tout en observant avec le spectroscope la lumière émise par la lampe.

-     Attention : ne pas dépasser 6V.

RédigerObservations et conclusion.

-     Quelle influence a la variation de tension sur la nature de la lumière émise par la lampe ?

-     Quelle est la conséquence de cette variation sur les spectres observés ?

-     De quelle grandeur physique dépend ces changements ?

2)- Spectres de raies.

-     On analyse à l’aide du spectroscope la lumière émise par une lampe à vapeur de mercure puis une lampe à vapeur de sodium.

-     La lampe à vapeur de mercure contient des atomes (Hg) de mercure sous faible pression.

-     Ces atomes subissent des décharges électriques et sont excités.

-     La lampe à vapeur de sodium contient des atomes de sodium (Na).

-     Eux aussi subissent des décharges électriques et sont excités.

RédigerReprésenter les différents spectres. Les comparer. Quelle conclusion peut-on tirer ?

-     Spectre de la lampe à vapeur de mercure. 

-     Spectre de la lampe à vapeur de sodium.

3)- Les couleurs de flammes.

ManipulationPulvériser sur une flamme non éclairante d’un bec bunsen une solution contenant des ions sodium Na+.

-     Observer la couleur de flamme.

-     Reproduire l’expérience avec d’autres solutions ioniques et indiquer chaque fois la couleur de flamme.

-     Représenter les résultats sous forme d’un tableau.

RédigerConclusion.

III- Spectres d’absorption

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

1)- Spectres de raies d’absorption.

-     Visualisation du tableau des spectres de raies d’absorption.

2)- Spectres de bande d’absorption

ManipulationOn analyse à l’aide d’un spectroscope la lumière transmise à travers différentes solutions colorées.

-     Placer dans l’orifice du spectroscope les différentes solutions colorées

Rédiger Représenter les différents spectres et conclure.

IV- Applications à l’Astrophysique.

-     La surface chaude des étoiles émet une lumière dont le spectre est continu.

-     Certaines radiations de cette lumière blanche traversant l’atmosphère de l’étoile sont absorbées par des atomes qui y sont présents. 

-     On obtient le spectre d’absorption de l’étoile.

-     La couleur de l’étoile permet de déterminer sa température de surface.

-     Le document suivant représente le spectre de la lumière solaire.

 

a)-     Quel type de spectre donne la lumière émise par le soleil ?

b)-     Pourquoi l’atmosphère du soleil empêche-t-elle d’observer un spectre continu ?

c)-     Qu’es-ce que la photosphère ? Quelle est sa température ?

d)-     Qu’est-ce que la chromosphère ? Quelle est sa température ?

e)-     Expliquer pourquoi la présence des raies noires est liée à l’existence de la chromosphère.

f)-       Pourquoi l’étude des longueurs d’onde des raies noires a-t-elle permis de connaître la composition de la chromosphère ?

g)-     Quels sont les deux éléments les plus abondants (en fraction de masse) dans la composition chimique du Soleil ?

       Température

Moyenne     ° C

3000

5500

8000

10000

Couleur

Rouge

orangée

Jaune

Blanche

bleutée

Exemple

Bételgeuse

Le Soleil

Sirius

Rigel