Pondichéry 2004 |
Physique 2 |
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EXERCICE 3.
LAMPE A VAPEUR DE SODIUM (4 points) |
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On utilise les lampes à vapeur de sodium pour éclairer des tunnels routiers. Ces lampes contiennent de la vapeur de sodium à très faible pression. Cette vapeur est excitée par un faisceau d'électrons qui traverse le tube. Les atomes de sodium absorbent l'énergie des électrons. L'énergie est restituée lors du retour à l'état fondamental sous forme de radiations lumineuses. Les
lampes à vapeur de .sodium émettent surtout de la lumière jaune. Données:
h
= 6,62 × 10 – 3 1 J.s ;
c = 3,00 × 10 8
m / s et e = 1,60
× 10 – 19 C
1.
L'analyse du spectre d'émission d'une lampe à vapeur de
sodium révèle
la présence de raies de longueur d'onde λ
bien définie. Spectre d'émission d'une lampe à vapeur de sodium
1.1. Quelles sont les longueurs d'onde des raies appartenant au
domaine du visible ? au domaine des ultraviolets ? au domaine de l'infrarouge
? 1.2. S'agit-il d'une lumière polychromatique ou monochromatique ? Justifier voire réponse. 1.3. Quelle est la valeur de la fréquence
n
de la raie de longueur d'onde
λ
= 589,0 nm. 1.4. Parmi les données présentées au début de l'exercice, que représentent
les grandeurs h
et e.
2. On donne en annexe à remettre avec la copie le diagramme simplifié
des niveaux d'énergie de l'atome de sodium. 2.1. Indiquer sur le diagramme en annexe 4 à rendre avec la copie, l'état fondamental et les états excités.
2.2. En quoi ce diagramme en annexe 4 permet-il de justifier la
discontinuité du spectre d'émission d'une lampe à vapeur de sodium ? 2.3. On considère la raie jaune du doublet du sodium de longueur d'onde
λ
= 589,0 nm. 2.3.1. Calculer l'énergie ΔE (en eV) qui correspond à l'émission de cette radiation. (On donnera le résultat
avec le nombre de chiffres significatifs adapté aux données). 2.3.2. Sans justifier, indiquer par une flèche notée 1 sur le diagramme des niveaux d'énergie en annexe 4 à
remettre avec la copie la transition correspondante.
3.
L'atome de sodium, considéré maintenant à l'état E1, reçoit une radiation lumineuse dont le quantum d'énergie
ΔE a pour valeur 1,09 eV. 3.1. Cette radiation lumineuse peut-elle interagir avec l'atome de sodium
à l'état E1 ? Justifier. 3.2. Représenter sur le diagramme en annexe 4 à rendre avec la copie la transition correspondante par une flèche notée 2. La raie associée à cette
transition est-elle une raie d'émission ou une raie d'absorption ? Justifier
votre réponse. |