TP Physique  N° 06

Les Messages de la Lumière (2). Enoncé. 

 

 

Objectifs : 

Montrer des spectres d’absorption et identifier des espèces chimiques présentes dans l’atmosphère du Soleil.

 

  Correction

Matériel :

Rétroprojecteur, projecteur de diapositives, bec bunsen, pulvérisateurs, solution de permanganate de potassium (0,01 mol / L), solution de chlorure de sodium, spectroscopes de poche, solution de colorant jaune, solution de colorant bleu, solution de colorant violet, seringues, tableau des spectres.

 

 

 

I- 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

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

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

-          Représenter les différents spectres et conclure.

II- 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 but de l’exercice est de déterminer les longueurs d’onde de certaines raies d’absorption dans une partie du spectre du Soleil.

-          On va identifier certaines entités chimiques présentes dans la chromosphère, enveloppe gazeuse qui entoure le Soleil.

1)- Document.

« dès 1814, le physicien allemand Fraunhofer remarque la présence de raies noires dans le spectre du Soleil Kirchhoff mesure la longueur d’onde de plusieurs milliers de ces raies et montre qu’elles coïncident avec celles émises par diverses entités chimiques : hydrogène, calcium, cuivre, fer, zinc, …Il publie, en 1861, le premier atlas du système Solaire. »

ʘ    Le document fourni, représente :

-          En noir et blanc, un extrait du spectre visible du Soleil. Les principales raies d’absorption (repérées par un numéro) sont représentées par un trait noir.

-          Un extrait du spectre de raies de l’argon obtenu avec le même spectroscope. Ces raies servent de référence de longueur d’onde.

-          Les deux spectres ont été obtenus avec le même spectroscope à réseau. Dans ce cas, la distance entre deux raies, mesurée sur le spectre, est proportionnelle à la différence entre les longueurs d’onde correspondantes.


2)- Exploitation du document.

a)-     Étude du spectre de l’argon.

-          Mesurer la distance L, en mm, entre la raie d’émission de 390 nm et les autres raies d’émission.

-          Compléter le tableau 1 :

Longueur d’onde λ en nm

390

 

 

 

 

 

 

Distance L en mm

0

 

 

 

 

 

 

b)-     Étude du spectre du Soleil.

-          Mesurer les distances L, en mm, entre la raie d’émission de 390 nm et les différentes raies d’absorption du spectre du Soleil. 

-          Remplir la ligne correspondante du tableau 2.

numéro

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Distance L   mm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Longueur d’onde λ   nm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c)-     Questions.

-          Que représentent les raies noires dans le spectre du Soleil de Fraunhofer ?

-          Quel est l’intérêt des travaux de Fraunhofer et de Kirchhoff ?

-          À quoi sert le spectre de l’argon ?

-          Expliquer la différence de nature qui existe entre les deux spectres.

-          Tracer sur papier millimétré, le graphique donnant la longueur d’onde λ en fonction de L pour les raies d’émission de l’argon. 

-          En déduire une relation simple entre ces deux grandeurs.

-          Compléter la dernière ligne du tableau 2.

-          À partir des données figurant dans le tableau ci-dessous, associer à chaque raie d’absorption l’élément chimique présent dans l’atmosphère du Soleil.

Élément chimique

Longueurs d’onde λ en nm de certaines raies caractéristiques

H

410,3

434,2

484,1

556,3

 

 

 

Na

589,0

589,6

 

 

 

 

 

Mg

470,3

516,7

 

 

 

 

 

Ca

396,8

422,7

458,2

526,2

527,0

 

 

Fe

438,3

489,1

491,9

495,7

532,8

537,1

539,7

Ti

466,8

469,1

498,2

 

 

 

 

Mn

403,6

 

 

 

 

 

 

Ni

508,0

 

 

 

 

 

 

Document.