TP Phys. N° 06

Les Messages de la Lumière (2) : Correction.

 

 

Correction : Diaporama PPoint

Objectifs : 

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

 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.

-          LOI DE KIRCHHOFF :

-          Un gaz froid, à basse pression, s’il est situé entre l’observateur et une source de rayonnement continu, absorbe certaines longueurs d’onde (ou ‘’couleurs’’), produisant ainsi des raies (ou bandes) sombres dans le spectres continu. Ces longueurs d’onde sont celles qu’il émettrait s’il était chaud.

-          Un gaz, à basse pression et à basse température, traversé par une lumière blanche, donne un spectre d’absorption. Ce spectre est constitué de raies noires se détachant sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche. Ce spectre est caractéristique de la nature chimique d’un atome ou d’un ion.

 

-          Spectre d'émission :

-          Spectre 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.

-          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.

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.

-          Document en couleur :

-          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.(Voir le document fourni)

-          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

404

430

451

470

519

545

Distance L en mm

0

14,5

43,5

67

88,5

142,5

172,5

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 en mm

3

6,5

22

35

48,5

53

85

106,5

113

117

120

140,5

145,5

158,5

163

Longueur d’onde λ en nm

        

        

                                                                                     

c)-     Questions.

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

L’atmosphère du Soleil contient des éléments chimiques. La partie haute de l’atmosphère absorbe une partie de la lumière émise dans la partie basse. 

Il en résulte des raies d’absorption dans le spectre continu. Ce sont les raies d’absorption des éléments chimiques présents dans l’atmosphère du Soleil.

Si le Soleil ne comportait pas d’atmosphère, le spectre de la lumière émise serait continu. 

L’existence des raies d’absorption est due à la présence d’une atmosphère autour du Soleil,  appelée chromosphère. 

Le gaz présent est principalement de l’hydrogène. On trouve aussi des ions He +, Ca 2+, Fe 2+, … 

La partie haute de l’atmosphère absorbe une partie de la lumière émise dans la partie basse.

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

 Les travaux de Fraunhofer et Kirchhoff ont permis de connaître la composition de l’atmosphère du Soleil.

Un spectre d’émission ou d’absorption est caractéristique des atomes ou des ions.

Un spectre de raies d’émission ou d’absorption permet d’identifier une entité chimique (atome ou ion). C’est sa carte d’identité, sa signature.

-          À quoi sert le spectre de l’argon ?

Le spectre de l’argon sert de référence. Il permet de connaître la relation λ = f (L).

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

Le spectre de l’argon est un spectre de raies d’émission. Le spectre de la chromosphère est un spectre d’absorption.

-          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.

Longueur d’onde λ en nm

390

404

430

451

470

519

545

Distance L en mm

0

14,5

43,5

67

88,5

142,5

172,5

-          Compléter la dernière ligne du tableau 2.

-          Pour connaîtrela valeur de la longueur d'onde de la radiation λ en nm, on multiplie la valeur de la distance L en mm par le nombre 0,8975.

numéro

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Distance L en mm

3

6,5

22

35

48,5

53

85

106,5

113

117

120

140,5

151,5

158,5

163

Longueur d’onde λ en nm

393,3

396,5

410,4

422,1

434,2

438,2

466,5

486,2

492,1

495,7

498,4

516,8

526,6

532,9

537

-          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 l 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

 

 

 

 

 

 

Récapitulatif

 

Correction : Diaporama PPoint

Document.

Document couleur