TP Physique N° 05 : Les messages de la lumière

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1 TP Physique N° 05 : Les messages de la lumière
Dispersion de la lumière blanche. Dispersion de la lumière blanche par un prisme. Observer et dessiner le spectre en indiquant les différentes couleurs. Prisme rouge orange Fente Lentille jaune vert bleu On utilise une lampe à incandescence indigo Conclusion : Le prisme dévie et décompose la lumière blanche en lumières colorées du rouge au violet. C'est un phénomène de dispersion. L'ensemble des couleurs obtenues constitue le spectre de la lumière blanche. Le spectre est continu du rouge au violet violet

2 Simulation avec le logiciel Crocodile Physics

3 Dispersion de la lumière blanche 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). Cliquer pour allumer Réseau + lentille Rétroprojecteur Fente Observer et dessiner le spectre en indiquant les différentes couleurs.

4 Comparaison : - Déviation + - Déviation +
Conclusion :Un réseau décompose la lumière blanche en lumières colorées du violet au rouge. Il dévie plus le rouge que le violet. Les spectres sont situés de part et d’autre de la fente centrale. Comparaison : Quels sont les points communs et les différences entre les deux spectres ? On obtient des spectres continus constitués des mêmes radiations. Le prisme dévie plus le violet que le rouge et le réseau dévie plus le rouge que le violet. Prisme Réseau - Déviation + - Déviation +

5 Spectre continu d’origine thermique
Spectres d’émission Un spectre d’émission est un spectre produit par la lumière directement émise par une source. Spectre continu d’origine thermique Analyse de la lumière émise par une lampe (6 V) 1 Réseau 2 G 3 4 Fente 5 Spectroscope On augmente la valeur de la tension

6 Spectre 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. -          Spectre de la lampe à vapeur de mercure (les principales) : -          Spectre de la lampe à vapeur de sodium : Le doublet du sodium : radiations jaunes de longueur d’onde voisine de 590 nm ( 589,0 nm et 589,6 nm) Cliquer pour agrandir

7 Autres spectres de raies

8 Les Couleurs de flamme. Pulvériser sur une flamme non éclairante d’un bec bunsen une solution contenant des ions sodium Na+. Observer la couleur de flamme à l’aide du spectroscope Vaporiser la flamme avec : une solution aqueuse de chlorure de sodium une solution aqueuse de chlorure de calcium une solution aqueuse de nitrate de potassium une solution aqueuse de nitrate de strontium

9 Les Couleurs de flamme. Pulvériser sur une flamme non éclairante d’un bec bunsen une solution contenant des ions sodium Na+. Observer la couleur de flamme à l’aide du spectroscope Vaporiser la flamme avec : une solution aqueuse de chlorure de sodium

10 Les Couleurs de flamme. Pulvériser sur une flamme non éclairante d’un bec bunsen une solution contenant des ions calcium Ca 2+. Observer la couleur de flamme à l’aide du spectroscope Vaporiser la flamme avec : une solution aqueuse de chlorure de calcium

11 Les Couleurs de flamme. Pulvériser sur une flamme non éclairante d’un bec bunsen une solution contenant des ions potassium K+. Observer la couleur de flamme à l’aide du spectroscope Vaporiser la flamme avec : une solution aqueuse de nitrate de potassium

12 Les Couleurs de flamme. Pulvériser sur une flamme non éclairante d’un bec bunsen une solution contenant des ions strontium Sr 2+. Observer la couleur de flamme à l’aide du spectroscope Vaporiser la flamme avec : une solution aqueuse de nitrate de strontium

13 Couleurs émises par quelques composés lors de la combustion
Éléments Composés Formule Violet Potassium Nitrate de potassium Chlorate de potassium KNO3 KClO Bleu Cuivre Zinc Chlorure cuivreux Sulfate de cuivre Poudre de zinc CuCl CuSO4 Zn Vert Baryum Cu métal Nitrate de baryum Chlorure de baryum Chlorate de baryum Ba(NO3)2 BaCl2 Ba(ClO3)2 Jaune Sodium Oxalate de sodium Oxyde de sodium Nitrate de sodium Na2C2O4 Na2O NaNO3 Orangé Calcium Nitrate de calcium Ca(NO3)2 Rouge Strontium Nitrate de strontium Hydroxyde de strontium Chlorure de strontium Oxyde de strontium Carbonate de strontium Sr(NO3)2 Sr(OH)2 SrCl2 SrO SrCO3

14 Spectres d’absorption.
Un spectre d’absorption est un spectre obtenu en analysant la lumière blanche qui a traversé une substance. Spectre de raies d’absorption. Cliquer pour faire apparaître le spectre d’émission de l’hydrogène.

15 Conclusion : Spectre 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. - Un gaz absorbe les radiations qu’il est capable d’émettre Spectre d’émission Spectre d’absorption Spectre d’émission

16 Filtre jaune ou solution jaune
Spectre de bandes d’absorption. On analyse à l’aide d’un spectroscope la lumière transmise à travers différentes solutions colorées. Spectre d’absorption de la solution jaune : Remarque : vert–  jaune – orange –rouge : bande noire qui va du bleu au violet. Filtre jaune ou solution jaune

17 Filtre cyan ou solution bleu clair
Spectre d’absorption de la solution bleue : Remarque : Filtre cyan ou solution bleu clair violet – bleu – vert – jaune : bande noire qui va de l’orange au rouge.

18 Filtre magenta ou solution violette
Spectre d’absorption de la solution magenta : Remarque : Filtre magenta ou solution violette violet – vert – jaune - orange  - rouge : bande noire qui va du bleu au vert

19 Application 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 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 ? b c d e f g

20 Application 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. -  Le spectre de la lumière émise par le soleil est un spectre continu qui va du violet au rouge.

21 Application 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. -  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.

22 Application 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. - La photosphère est une fine couche de gaz de 350 km d’épaisseur qui enveloppe le Soleil. Sa température est voisine de 6000 ° C à 5500 ° C.

23 Application 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. - 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 10 4 ° C.

24 Application 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. - 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+, Ca2+, Fe2+, … La partie haute de l’atmosphère absorbe une partie de la lumière émise dans la partie basse.

25 Application 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. - 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.

26 Application 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. -   Hydrogène et Hélium : H, He

27 Fin de la première partie
Quelques exemples. Température Moyenne ° C 3000 5500 8000 10000 Couleur Rouge orangée Jaune Blanche bleutée Exemple Bételgeuse Le Soleil Sirius Rigel Fin de la première partie