2nd Phys3 Cours Messages de la lumière : les spectres. La lumière

2nd
Phys3
Cours
Messages de la lumière : les spectres.
Compétences :
Savoir identifier un spectre d’émission continu et de raies.
Savoir identifier un spectre d’absorption.
Connaître les montages pour les obtenir.
Savoir-faire :
Comment identifier un élément chimique à partir d’un spectre de raies ?
Comment estimer la température d’une source chaude ?
La lumière est un rayonnement émis par un corps. Ce rayonnement est constitué de radiations, chacune d’elles
étant caractérisée par sa fréquence exprimée en hertz. Une radiation est aussi caractérisée par sa longueur d’onde
λ, exprimée en mètres ou plus souvent en nanomètres (10-9 m = 1 nm).
La spectroscopie est une technique d’analyse de la lumière qui utilise des appareils appelés spectroscopes qui
permettent d’observer et étudier des spectres. (Voir doc. Page 228)
I-
Quelles informations l’étude d’un spectre d’émission fournit-elle ?
1. Définition.
Un spectre d’émission est le …………………………………………………………………………………..............................
...........................................................................................................................................................................................
Ex : le spectre continu de la lumière blanche.
2. Spectre continu d’émission.
Expérience : on observe une lampe à incandescence à travers un réseau (permet comme le prisme de décomposer
la lumière) tout en réduisant ou augmentant la tension d’alimentation de la lampe c’est-à-dire tout en augmentant ou
diminuant la température du filament donc de la source.
Comment le spectre de la lumière est-il modifié lorsque la température du filament diminue ?
……………………………………………………………………………………………………….............................................
Comment le spectre de la lumière est-il modifié lorsque la température du filament augmente ?
………………………………………………………………………………………….............................................................
Conclusion : un spectre continu nous renseigne sur ……………………………………………………………….
Un corps chaud émet un rayonnement continu : on observe un spectre continu dit d’émission.
Plus la température est élevée, plus le spectre contient des radiations de faibles longueurs d’onde.
Par exemple, la surface du Soleil, dont la température avoisine 6000 °C, émet toutes les longueurs d’onde du
spectre visible entre 400 nm et 800 nm. Certaines étoiles, plus chaudes que le Soleil, émettent un rayonnement
ultraviolet de longueur d’onde inférieure à 400 nm. En revanche, un être humain, dont la température corporelle est
37 °C, émet un rayonnement infrarouge de longueur d’onde supérieure à 800 nm (autour de 104 nm).
3. Spectre de raies d’émission : voir fig.3 p 232 Microméga.
Expérience : Une lampe spectrale contient un gaz sous faible pression qui soumis à des décharges électriques, émet
de la lumière.
On observe à travers un réseau (ou un prisme) la lumière émise par une lampe à vapeur de sodium (contient des
atomes de sodium) ou à vapeur de mercure (contient des atomes de mercure)
Observation : ……………………………………………………………………………………………………………
Interprétation : la lumière de ces lampes …………………………………………………………………………….
Conclusion : Le spectre de la lumière émise par un gaz, sous faible pression et à haute température est un
……..………………………………………………………………………………………………………………
Un spectre de raies d’émission permet …………………....................... une espèce chimique (atomes ou ions) : c’est
une caractéristique physique de cette espèce chimique.
4. Conclusion.
Un spectre d’émission résulte de l’analyse de la lumière émise par une source, c’est-à-dire du corps qui
« fabrique » la lumière. Les spectres d’émission peuvent être continus ou de raies suivant l’état de la source.
II-
Quelles informations l’étude d’un spectre d’absorption fournit-elle ?
1. Définition.
Un spectre d’absorption est un …………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………........
2. Spectre de bandes d’absorption.
Expérience : on fait traverser une lumière blanche dans une solution colorée et on place un prisme (ou le réseau) à
la sortie.
Observation : .....................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
Interprétation : Ces bandes noires ou …………………………………… correspondent à des ………………...
……………………………. par la solution
Conclusion : Le spectre de la lumière qui a traversé une solution colorée présente de larges bandes sombres : c’est
un spectre de ……………………………………………………………… : il permet d’identifier les espèces dissoutes
dans la solution.
3. Spectre de raies d’absorption.
Expérience : on fait traverser une lumière blanche dans une flamme contenant du chlorure de sodium.
Conclusion : Lorsqu’un gaz d’atomes ou d’ions monoatomiques à basse pression est traversé par de la lumière
blanche, le spectre de la lumière transmise est le spectre de la lumière blanche avec des raies noires : c’est un
spectre de ……………………….…………………………….
Si l’on compare le spectre d’absorption du sodium au spectre d’émission du sodium on remarque que la raie
d’absorption occupe exactement la même place que la raie noire d’émission. Il en est de même pour le mercure : une
entité chimique ne peut absorber que les radiations qu’elle est capable d’émettre.
IIIApplication à l’astrophysique : voir exercice résolu p237 et activité.
Le spectre de la lumière émise par une étoile contient un spectre continu auquel se superposent des raies noires.
Le spectre continu est émis par la surface de l’étoile dont la température est très grande. Certaines radiations de cette
lumière sont absorbées par le gaz contenu dans les couches périphériques de l’étoile. Les raies noires qui en
résultent sont donc les raies d’absorption des éléments chimiques que contient l’étoile. Ces raies peuvent être
déterminées avec un spectroscope.
Conclusion générale : L’objectif de l’analyse spectroscopique est de renseigner sur la la température et composition
chimique, soit du corps qui a émis la lumière analysée, soit du milieu qui a été traversé par cette lumière et qui en a
absorbé une partie. Dans le premier cas, le spectre obtenu est un spectre d’émission et dans le second cas un
spectre d’absorption. Dans les deux cas, la lumière est analysée suite à sa décomposition, ce qui permet de détecter
les radiations qu’elle contient.