LES ECHANGES D’ENERGIE ENTRE LUMIERE ET MATIERE

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1 LES ECHANGES D’ENERGIE ENTRE LUMIERE ET MATIERE
Chapitre 5 LES ECHANGES D’ENERGIE ENTRE LUMIERE ET MATIERE

2 Les sources à incandescence émettent de la lumière lorsqu’ils sont chauds et denses.

3 Leur spectre d’émission est continue
Les sources à incandescence émettent de la lumière lorsqu’ils sont chauds et denses. Leur spectre d’émission est continue

4 Comment les sources froides (luminescentes) peuvent-elles émettre également de la lumière ?

5 Comment interpréter leur spectre de raies d’émission ?
Comment les sources froides (luminescentes) peuvent-elles émettre également de la lumière ? Comment interpréter leur spectre de raies d’émission ?

6 Un faisceau lumineux : représentation symbolique de photons échangeant de l’énergie avec la matière.

7 Un faisceau lumineux : représentation symbolique de photons échangeant de l’énergie avec la matière. Photon = grain de lumière

8 Max PLANCK ( ) Les échanges d’énergie entre lumière et matière se fait par transmission de paquets d’énergie : les QUANTA

9 Ils seront appelés plus tard
Max PLANCK ( ) Les échanges d’énergie entre lumière et matière se fait par transmission de paquets d’énergie : les QUANTA Albert EINSTEIN ( ) C’est la lumière elle-même qui est structurée en petits paquets d’énergie qu’on appelle des quanta de lumière. Ils seront appelés plus tard les PHOTONS

10 Ils seront appelés plus tard
Max PLANCK ( ) Les échanges d’énergie entre lumière et matière se fait par transmission de paquets d’énergie : les QUANTA Albert EINSTEIN ( ) C’est la lumière elle-même qui est structurée en petits paquets d’énergie qu’on appelle des quanta de lumière. Ils seront appelés plus tard les PHOTONS Niels BOHR ( ) L’atome d’hydrogène est constitué de niveaux d’énergie DISCRETS. Les électrons ont la possibilité de passer d’une couche à une autre, émettant un quantum d’énergie : le photon

11 Représentation simplifiée de l’atome
Noyau atomique = PROTONS + NEUTRONS Nuage électronique = ÉLECTRONS

12 MODÈLE DE BOHR DE L’ATOME : Chaque atome possède des couches

13 MODÈLE DE BOHR DE L’ATOME : Chaque atome possède des couches
À chaque couche électronique (K, L, M…) de l’atome correspond un niveau d’énergie n

14 MODÈLE DE BOHR DE L’ATOME : Chaque atome possède des couches
À chaque couche électronique (K, L, M…) de l’atome correspond un niveau d’énergie n Couche K  niveau d’énergie n = 1 Couche L  niveau d’énergie n = 2 etc.

15 PROCESSUS D’EXCITATION et de DÉSEXCITATION DE L’ATOME

16 Atome au repos : un de ses électrons est sur une la couche n = 2
EXEMPLE : Atome au repos : un de ses électrons est sur une la couche n = 2

17 Photon incident d’énergie E = h

18 Transition d’un électron sur une couche plus éloignée
Photon incident d’énergie E = h EXCITATION de l’atome Le photon est ABSORBÉ Transition d’un électron sur une couche plus éloignée

19 Transition d’un électron sur une couche plus éloignée
Photon incident d’énergie E = h Photon émis EXCITATION de l’atome Le photon est ABSORBÉ Transition d’un électron sur une couche plus éloignée

20 DESEXCITATION de l’atome
Photon incident d’énergie E = h Photon émis EXCITATION de l’atome Le photon est ABSORBÉ Transition d’un électron sur une couche plus éloignée DESEXCITATION de l’atome Le photon est émis L’électron retrouve une couche plus interne (il « redescend »)

21 Plusieurs transitions électroniques possibles
Photon d’énergie Transition 1 à 2

22 Plusieurs transitions électroniques possibles
Photon d’énergie Photon d’énergie Transition 1 à 2 Transition 1 à 3

23 Plusieurs transitions électroniques possibles
Photon d’énergie Photon d’énergie Photon d’énergie Transition 1 à 2 Transition 1 à 3 Transition 1 à 4

24 Plusieurs transitions électroniques possibles
Photon d’énergie Photon d’énergie Photon d’énergie Transition 1 à 2 Transition 1 à 3 Transition 1 à 4 C’est la longueur d’onde  du photon absorbé qui détermine le niveau d’énergie sur lequel l’électron se place.

25 Comment relie-t-on les changements d’états de l’atome et les raies spectrales ?

26 Lien entre changement d’état de l’atome et raies spectrales
Un atome qui se désexcite émet de la lumière (des photons sont émis). On observe une raie d’émission sur le spectre. A chaque transition électronique possible correspond une raie d’émission

27 Lien entre changement d’état de l’atome et raies spectrales
Un atome qui se désexcite émet de la lumière (des photons sont émis). On observe une raie d’émission sur le spectre. A chaque transition électronique possible correspond une raie d’émission Exemple : l’atome d’hydrogène H

28 Lien entre changement d’état de l’atome et raies spectrales
Un atome qui se désexcite émet de la lumière (des photons sont émis). On observe une raie d’émission sur le spectre. A chaque transition électronique possible correspond une raie d’émission Exemple : l’atome d’hydrogène H A chaque transition d’un électron vers n = 2 correspond une raie d’émission de l’atome H

29 Chaque élément possède donc son spectre de raies
Chaque élément possède donc son spectre de raies. Son code barre unique permet de le reconnaitre.

30 Chaque élément possède donc son spectre de raies
Chaque élément possède donc son spectre de raies. Son code barre unique permet de le reconnaitre.

31 Pourquoi les spectres d’émission et d’absorption correspondent aux mêmes raies ?

32 Un élément chimique (à l’état de gaz) émet de la lumière lors de sa désexcitation  spectre d’émission

33  spectre d’absorption
Ce même gaz placé devant le trajet de la lumière blanche absorbe certaines radiations lors de son excitation  spectre d’absorption

34 Il y a correspondance des raies car il s’agit du même élément chimique
Gaz contenant le même élément chimique

35 L’analyse des raies d’absorption du spectre d’une étoile permet d’identifier et de dénombrer les atomes et ions présents dans son atmosphère Exemple du spectre du soleil

36 Comparaison spectre SOLAIRE - spectre HYDROGENE H
Intervalle 400 nm – 650 nm

37 Comparaison spectre SOLAIRE - spectre Sodium Na
Intervalle 555 nm – 615 nm

38 Comparaison spectre SOLAIRE - spectre Calcium Ca
Intervalle 605 nm – 655 nm

39 Les aventures de Tintin – HERGÉ L’étoile mystérieuse
D’après le professeur Calys, une étoile se dirige vers la terre, la fin du monde est proche !! Les mesures spectroscopiques qu’il fait montrent qu’un métal inconnu compose cette étoile : il nomme ce métal « Calystène » !

40 Un objet inconnu éclairé sous un certain angle laisse une ombre sur un écran

41 Ce même objet inconnu éclairé sous un autre angle laisse une autre ombre

42 Selon l’éclairage, cet objet est soit vu comme un cercle, soit vu comme un rectangle

43 En réalité, cet objet est un cylindre : il possède en même temps les propriétés de ces 2 figures

44 De même, la nature de la lumière possède en même temps les propriétés d’une onde et d’un particule

45 De même, la nature de la lumière possède en même temps les propriétés d’une onde et d’un particule
Dans certaines situation, on décrira la lumière comme une particule…

46 De même, la nature de la lumière possède en même temps les propriétés d’une onde et d’un particule
Dans certaines situation, on décrira la lumière comme une particule… Onde …et dans d’autres situation, on la décrira comme une onde.