QCM N° 03

Sources de lumières,

couleurs et photons

 

   

 

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QCM N° 03 Sources de lumières, couleurs et photons.

Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).
 

 

Énoncé

A

B

C

Réponse

1

Quelle (s) spectre(s) correspond(ent) à la lumière d’une source polychromatique ?

 

 

BC

2

Les radiations infrarouges ont, dans le vide, des longueurs d’onde λ :

Inférieures à 400 nm

Supérieures à 800 nm

 Inférieures à celles des radiations rouges

B

3

Une source froide telle qu’une DEL émet de la lumière :

Sans échauffement particulier

Par absorption de photons

Par émission de photons

AC

4

Plus un corps est chaud, plus son spectre s’enrichit de radiations :

Infrarouges

De grandeurs longueurs d’onde

De courtes longueurs d’ondes

C

5

On donne la loi de Wien :

 

La radiation émise avec un maximum d’intensité par une source lumineuse a pour longueur d’onde dans le vide λ max = 700 nm. Sa température de surface est d’environ :

3,86 x 103 ° C

4,40 x 103 ° C

4,13 x 105 ° C

A

6

Le spectre ci-dessous a été obtenu avec du sodium. La présence de la raie traduit :

 

L’absorption de photons

L’émission d’électrons

L’émission de photons

C

7

L’énergie d’un photon de longueur d’onde dans le vide λ = 450 nm vaut :

On donne : c = 3,00 x 10 8 m / s et

La constante de Planck : h = 6,63 x 10 – 34 J . s

4,42 x 10 – 19 J

4,42 x 10 – 28 J

4,42 x 10 – 18 J

A

8

On donne une partie du diagramme de niveaux d’énergie du mercure. Les atomes de mercure pris dans leur état fondamental peuvent absorber un photon d’énergie :

 

4,67 eV

3,73 eV

2 ,04 eV

A

9

Quelle est la longueur d’onde λ d’un photon d’énergie 4,67 eV ?

1 eV = 1,6 x 10 – 19 J

405 nm

266 nm

2,66 x 10 – 7 m

BC

10

À partir du profil spectral du Soleil, la loi de Wien permet de connaître :

Sa température de surface

La composition de son atmosphère

Sa masse

A

11

Les entités chimiques présentes dans l’atmosphère du Soleil sont identifiées à partir :

De sa température

Des raies noires du spectre solaire

Des minima d’intensité lumineuse de son profil spectral

BC

12

Une lumière colorée :

Est toujours monochromatique

Est toujours polychromatique

Peut être l’une ou l’autre selon le cas

C

13

Les radiations ultraviolettes ont une longueur d’onde dans le vide :

Inférieure à 400 nm

Supérieure à 800 nm

Comprise entre 400 nm et 800 nm

A

14

Deux lumières colorées qu’un observateur perçoit identiques :

Ont obligatoirement des spectres identiques

Peuvent avoir des spectres différents

Ont obligatoirement la même longueur d’onde

B

15

La loi de Wien montre que si la température d’un corps augmente, la longueur d’onde du maximum d’émission :

Augmente

Diminue

Ne varie pas

B

16

Si la température d’un corps augmente, son spectre d’émission :

S’agrandit vers les courtes longueurs d’onde

S’agrandit vers les grandes longueurs d’onde

N’est pas modifié

A

17

La couleur d’un corps chauffé :

Dépend de l’ensemble des radiations qu’il émet

Dépend exclusivement de la longueur d’onde de son maximum d’émission

Passe du jaune au rouge si sa température augmente

A

18

La fréquence d’une radiation de longueur d’onde dans le vide λ = 550 nm a pour valeur :

5,45 x 105 Hz

5,45 x 1014 Hz

3,61 x 10–19 Hz

B

19

L’unité S.I de la constante de Planck est :

J / s

J . s

s / J

B

20

L’énergie d’un photon d’une radiation de lumière violette :

Est supérieure à celle d’une radiation de lumière rouge

Est supérieure à celle d’une radiation UV

Augmente avec l’intensité de la source

A

21

D’après le diagramme d’énergie de l’atome d’hydrogène donné ci-dessous, l’énergie d’un atome d’hydrogène, initialement dans son état fondamental, peut être modifiée par absorption

D’un photon d’énergie :

 

10,4 eV

12,1 eV

5,1 eV

B

22

Les raies sombres du spectre solaire sont dues essentiellement à l’absorption de la lumière par :

La photosphère

La chromosphère

L’atmosphère terrestre

B

 

 Questionnaire a été réalisé avec Questy Pour s'auto-évaluer

 Essentiel :

    Source polychromatique :
-    Une lumière polychromatique est une lumière constituée de plusieurs couleurs ou radiations.
-    La lumière blanche est constituée de plusieurs couleurs ou radiations : c’est une lumière polychromatique.
    Source monochromatique :
-    Une lumière monochromatique est une lumière constituée d’une seule couleur ou radiation.
-    Elle est caractérisée par:
-    Sa fréquence ν (en Hz) ou sa période T (en s).
-    Sa longueur d’onde dans le vide λ0.
-    La lumière produite par un laser est constituée d’une seule radiation, elle est monochromatique.
    Radiations infrarouges :
-    Les radiations infrarouges ont, dans le vide, des longueurs d’onde supérieures à 800 nm :  λ0 > 800 nm.
    Les radiations ultraviolettes :
-    Les radiations ultraviolettes ont une longueur d’onde dans le vide inférieure à 400 nm : λ0 < 400 nm.
    Spectre d’émission :
-    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.
-    Les spectres continus d’origine thermique.
-    Exemples : la lampe à incandescence dont on augmente la valeur de la tension.
-    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.
    Les spectres d’origine thermique.
-    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.

 

 

    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).
    Les spectres d’absorption.
-    Un spectre d’absorption est un spectre obtenu en analysant la lumière blanche qui a traversé une substance.
    Spectres de raies d’absorption.
-    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.
-    Exemple : spectre de raies d’absorption du mercure :

 

Comparaisons des spectres d'absorption et d'émission

 

    Spectre d’émission d’une entité chimique :
-    Le spectre d’émission d’une entité chimique est constitué de raies colorées sur fond noir. On est en présence d’un spectre de raies.
-    Spectre de la lampe à vapeur de sodium :

sodium

-    Le doublet du sodium : radiations jaunes de longueur d’onde voisine de 590 nm (en réalité, il s’agit d’un doublet : 589,0 nm et 589,6 nm)

doublet Na

    Loi de Wien :
-    Un corps chaud émet de la lumière dont le spectre et le profil spectral dépendent de la température.
-    En physique, un « corps noir » est un objet idéal émettant un rayonnement qui n’est fonction que de sa température.
-    La loi de Wien relie la température θ de ce corps noir et la longueur d’onde λ max pour laquelle le profil spectral de la lumière qu’il émet passe par un maximum.
-    La température θ s’exprime en degré Celsius et la longueur d’onde λ max en nm.
-    Ces deux grandeurs sont liées par la loi de Wien :
-   
-    Cette loi permet d’évaluer la température d’une étoile à partir de son profil spectral.
-    Sa température de surface est d’environ :
-     
    La chromosphère :
-    On appelle chromosphère l’atmosphère située autour du Soleil. Son épaisseur est de l’ordre de 2000 km environ.
-    Cette atmosphère est constituée de gaz sous faible pression avec des régions où la température atteint 104 ° C.
    Spectre de la lumière émise par le soleil :

 

-    C’est un spectre continu présentant des raies d'absorptions.
-    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.
-    L’existence des raies d’absorption est dû 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+, Ca2+, Fe2+, …
    Propriétés des ondes lumineuses.
-    Les ondes lumineuses possèdent :
-    Une vitesse de propagation ou célérité qui dépend du milieu de propagation.
-    La lumière se déplace dans le vide à la vitesse : c = 3,00 x 108 m / s .
-    Dans un milieu transparent d’indice n :
-    avec n > 1.
-    Une périodicité temporelle T, la période en seconde s.
-    Une périodicité spatiale λ, la longueur d’onde en mètre m.
-    à un instant donné, les signaux sont dans le même état vibratoire s’ils sont placés à des distances d, d + λ, d + n.λ  de la source.
    Relation fondamentale.
-     ;
-     λ est la longueur d’onde en m
-    v est la vitesse de l’onde dans le milieu de propagation et T la période en s.
-    ν est la fréquence en Hz
-    Remarque :
-    dans le vide : λ0 = c . T
-    Dans le milieu d’indice n,
-   
-    La longueur d’onde dépend du milieu de propagation.
-    La période et de ce fait la fréquence ne dépendent pas du milieu de propagation.
-    La fréquence ν est une grandeur caractéristique de la radiation lumineuse.
    Énergie d’un photon :
-    E = h . ν ou 
-    Pour une onde électromagnétique de fréquence ν et de longueur d’onde λ dans le vide
-    La grandeur h est la constante de Planck : h = 6,63 x 10 – 34 J.s.
-    La grandeur c représente la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide :
-    c = 3,00 x 10 8 m / s
-    L’énergie E s’exprime en joule.
-    Comme les valeurs des énergies des atomes, exprimées en joule (J) sont extrêmement faibles, on préfère utiliser le plus souvent comme unité d’énergie, l’électron-volt (eV)
-    Correspondance : 1 eV = 1,6 x 10 – 19 J
-    L’énergie d’un photon de longueur d’onde dans le vide λ = 450 nm vaut :
-     
    Variations d’énergie d’un atome :
-    En 1913, BOHR énonce les postulats suivants :
-    Les variations d’énergie d’un atome sont quantifiées.
-    L’atome ne peut exister que dans certains états d’énergie ou niveaux d’énergie bien définis.
-    Un photon de fréquence ν est émis lorsque l’atome effectue une transition d’un niveau d’énergie Ep vers un niveau inférieur En tel que : 
-    Les variations d’énergie d’un atome sont quantifiées.
-    L’atome ne peut exister que dans certains états d’énergie ou niveaux d’énergie bien définis.
-    Un photon de fréquence ν est émis lorsque l’atome effectue une transition d’un niveau d’énergie Ep vers un niveau inférieur En tel que : 
-    Ep - En = h . ν
-   
    Longueur d’onde d’un photon :
-    E = h . ν
-     
    Émission d’un photon :
-    Un photon de fréquence ν est émis lorsque l’atome effectue une transition d’un niveau d’énergie Ep vers un niveau inférieur En tel que : 

 

    Absorption d’un photon :
-    L’absorption d’énergie lumineuse par un atome ne peut se faire que si l’énergie du photon permet une transition d’un niveau En à un niveau supérieur Ep tel que :

 

-    Ep - En = h . ν
-    Un atome ne peut absorber que les radiations qu’il est capable d’émettre.
    Relation fondamentale :
-    La longueur d’onde dans le vide d’une radiation lumineuse est donnée par la relation :
-     
-