Matériel :

 Correction : Diaporama PPoint

I- Dispersion de la lumière blanche.

1)- Dispersion de la lumière blanche par un prisme.

  Placer un prisme sur le trajet de la lumière provenant d’une lampe à incandescence.

  Observer et dessiner le spectre en indiquant les différentes couleurs.

-  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.

2)- Dispersion de la lumière 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).

  Observer et dessiner le spectre obtenu.

-  Un réseau décompose la lumière blanche. Il dévie plus le rouge que le violet.

-  Spectres : ils sont situés de part et d’autre de la fente centrale.

3)- 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.

II- Spectres d’émission

-  Un spectre d’émission est un spectre produit par la lumière directement émise par une source.

1)- Spectre continu d’origine thermique.

a)-  Analyse de la lumière émise par une lampe (6 V)

  Montage : brancher la lampe aux bornes du générateur (alimentation ajustable).

-  Régler la tension sur zéro puis mettre le générateur sous tension.

-  Augmenter la tension tout en observant avec le spectroscope la lumière émise par la lampe.

-  Attention : ne pas dépasser 6V.

  Observations et conclusion.

-  Quelle influence a la variation de tension sur la lampe ?

-  Lorsque la tension augmente, l’éclat de la lampe augmente aussi.

-  Au départ, la lumière est jaune puis devient  blanche.

-  Quelle est la conséquence de cette variation sur les spectres observés ?

-  Le spectre devient plus lumineux et il s’étale vers le bleu et le violet.

-  De quelle grandeur physique dépend ces changements ?

-  Le spectre d’un corps incandescent dépend de la température de ce corps.

-  Plus le corps est chaud et plus le spectre s’étend vers le violet.

2)- Spectres 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.

  Représenter les différents spectres. Les comparer. Quelle conclusion peut-on tirer ?

-  Spectre de la lampe à vapeur de mercure :

-  longueurs d’ondes (les plus visibles) :

-  615 nm, 580 nm, 579 nm, 577 nm, 546 nm, 492 nm, 436 nm,  405 nm (que l’on devrait voir)

-  Spectre de la lampe à vapeur de 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)

3)- Les couleurs de flammes.

  Pulvériser sur une flamme non éclairante d’un bec bunsen une solution contenant des ions sodium Na⁺.

-  Observer la couleur de flamme.

-  Reproduire l’expérience avec d’autres solutions ioniques et indiquer chaque fois la couleur de flamme.

-  Représenter les résultats sous forme d’un tableau.

  Conclusion.

-  Quelques couleurs de flamme :

III- 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.

-  Spectre d'absorption et d'émission de l'hydrogène :

-  Spectre d'absorption et d'émission de l'hélium :

-  Spectre d'absorption et d'émission du mercure :

-  Spectre d'absorption et d'émission du néon :

-  Spectre d'absorption de l'argon :

-  Spectre d'absorption du cadmium :

-  Spectre d'absorption du calcium :

-  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.

2)- Spectres de bande d’absorption

  On analyse à l’aide d’un spectroscope la lumière transmise à travers différentes solutions colorées.

-  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 solution bleue : jaune – vert – bleu – violet : bande noire  qui va du rouge à l’orange.

-  Spectre de la solution violette : rouge – orange – jaune – violet : bande noire qui va du vert au bleu.

IV- 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 document suivant représente le spectre de la lumière solaire.

a)-  Quel type de spectre donne la lumière émise par le soleil ?

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

b)-  Pourquoi l’atmosphère du soleil empêche-t-elle d’observer un spectre continu ?

-  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.

c)-  Qu’est-ce que la photosphère ? Quelle est sa température ?

-  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.

d)-  Qu’est-ce que la chromosphère ? Quelle est sa température ?

-  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.

e)-  Expliquer pourquoi la présence des raies noires est liée à l’existence de la chromosphère.

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

-  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⁺, …

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

f)-  Pourquoi l’étude des longueurs d’onde des raies noires a-t-elle permis de connaître la composition de la chromosphère ?

-  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.

g)-  Quels sont les deux éléments les plus abondants (en fraction de masse) dans la composition chimique du Soleil ?

-  H, He,