Exprimer une valeur de vitesse :

-  Relation permettant de calculer la valeur de la vitesse :

-  relation c.

Utiliser la valeur de la vitesse de la lumière :

La Terre est la troisième planète la plus proche du Soleil.

-  Déterminer la durée Δt mise par la lumière pour nous parvenir.

Comparer des spectres :

On a représenté ci-dessous, à la même échelle, les spectres de la lumière émise

par un corps chaud porté à deux températures différentes.

1.   Expliquer pourquoi, dans les deux cas, on

peut parler de spectres continus.

2.   Comparer ces deux spectres.

Dans quel cas la température est-elle la plus élevée ?

Comparer des spectres :

1.   Spectres continus :

-  Les deux spectres sont continus car il ne manque aucune radiation.

2.   Comparaison des deux spectres.

-  Courbe bleue :

-  L’intensité lumineuse du spectre représenté par la courbe bleue

est plus importante que celle du spectre représenté par la courbe rouge.

-  La longueur d’onde du maximum d’émission du spectre représenté par la courbe bleu λ_maxB

est plus petite que celle du spectre représenté par la courbe rouge λ_maxR.

-  λ_maxB < λ_maxR

-  Il découle de ceci que la température du corps dont le spectre est représenté en bleu est plus importante.

-  Courbe rouge :

Reconnaître des spectres

Repérer le spectre d’émission d’un gaz parmi les deux spectres ci-dessous.

Reconnaître des spectres

-  Un gaz, à faible pression et à température élevée, émet une lumière constituée d’un nombre limité de radiations.

-  On obtient un spectre de raies (soit le spectre a).

-  Le spectre obtenu est caractéristique des atomes du gaz qui émet les radiations.

-  Chaque spectre est composé de raies colorées sur fond noir.

-  Chaque raie colorée correspond à une radiation émise par l’entité.

-  Les radiations émises par une entité chimique (atome, ion) sont caractéristiques de cette entité.

-  Dans un spectre de raies d’émission, les longueurs d’onde des différentes radiations présentes permettent d’identifier l’entité chimique.

-   Le spectre b :

-  Le spectre b est un spectre continu. Dans le cas présent, toutes les radiations de 400 nm à 700 nm sont présentes.

On est en présence du spectre de la lumière blanche.

Étudier un spectre :

Les mesures ont été réalisées avec Word.

-  La raie 1 (bleue) :

-   

-  La raie 2 (cyan)

-   

-  La raie 3 (rouge)

-   

-  Tableau :

Représenter un spectre :

1.   Axe de longueurs d’onde allant de 500 nm à 650 nm :

1 cm ↔ 10 nm

2.   Couleurs de quelques raies du spectre d’émission du néon sur cet axe.

-  Une partie du spectre d’émission du néon :

-  Spectre d’émission du néon :

Toute la lumière sur les lampes.

Les lampes à décharge sont constituées d’un tube de verre contenant un gaz qui, soumis à un courant électrique, émet de la lumière.

Le spectre de la lumière émise par une de ces lampes est représenté ci-dessous :

1.   De quel type de spectre s’agit-il ?

2.   S’agit-t-il du spectre d’une lumière monochromatique ?

3.   Étude du spectre :

a.   Repérer les longueurs d’onde des radiations présentes dans le spectre de la lumière émise par cette lampe.

b.   Identifier l’entité responsable de l’émission lumineuse.

-  Données :

-  Longueurs d’onde (en nm) qe quelques radiations caractéristiques

(on se limite à 4 raies pour chaque spectre) de trois entités :

Toute la lumière sur les lampes.

1.   Type de spectre :

-  On est en présence d’un spectre de raies d’émission (raies colorées sur fond noir)

2.   Spectre polychromatique :

-  On est en présence d’une lumière polychromatique.

Le spectre est constitué de 4 raies d’émission.

3.   Étude du spectre :

a.   Longueurs d’onde des radiations présentes dans le spectre de la lumière émise par cette lampe.

-  Exploitation du spectre : mesures réalisées avec Word.

-  Raie 1 : raie violette

-   

-  Raie 2 : raie bleue

-   

-  Raie 3 : raie cyan

-   

-  Raie 4 : raie rouge

- 

-  Tableau :

 b.   Entité responsable de l’émission lumineuse.

- les radiations émises par un gaz sont caractéristiques de ce gaz.

- Elles constituent sa carte d'identité.

-  Il s’agit du spectres d’émission de l’atome d’hydrogène.

Spectre d’émission de l’hydrogène

Pour aller plus loin :

Les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène.

-  Spectre d’émission de l’atome d’hydrogène

Domaine de fréquences 380 nm ≤ λ ≤ 700 nm

-  Spectre d’émission du lithium :

-  Spectre d’émission du mercure :

Identification d’un gaz.

On a réalisé, à l’aide d’un spectrophotomètre, le spectre de la lumière émise par un gaz excité (Spectre A).

A.    Spectre de la lumière émise par un gaz.

1.   Repérer, par peur longueur d’onde, les radiations émises par ce gaz.

2.   Identifier le gaz.

-  Données :

-  Longueurs d’onde (en nm) de quelques radiations caractéristiques de trois entités.

La distance Terre-Lune :

Lors des missions lunaires, les astronautes ont déposé des miroirs sur la Lune.

Ces miroirs sont utilisés pour déterminer précisément la distance entre la Terre et la Lune

(au moment de la mesure).

Une mesure a donné pour l’aller-retour de la lumière une durée

Δt = 2,4292278641 s avec une précision de 3 × 10^–10 s.

1.   Schématiser le trajet de la lumière.

2.   Les différents calculs.

a.   Exprimer la distance d entre la station laser et le miroir visé à la surface de la Lune en fonction de c et Δt.

b.   Calculer cette distance d sachant que : c = 299792458 m . s^–1.

c.   Quelle distance la lumière parcourt-elle en 3 × 10^–10 s ?

d.   En déduire la précision de la mesure de d.

Une autre méthode pour déterminer la valeur de la distance Terre-Lune.

Distance Terre-Lune.

Le système solaire : Les logiciels CELESTIA  et STELLARIUM

La distance Terre-Lune :

1.   Schéma du trajet de la lumière.

2.   Les différents calculs.

a.   Expression de la distance d entre la station laser et le miroir visé à la surface de la Lune en fonction de c et Δt.

-  2 d = c . Δt

b.   Valeur de la distance d sachant que :

-  c = 299792458 m . s^–1.

-  Δt = 2,4292278641 s

-   

c.   Distance parcourue par la lumière en Δt’ = 3 × 10^–10 s :

-  d’ = c . Δt’

-  d’ ≈ 299792458 × 3 × 10^–10

-  d’ ≈ 0,09 m

d.   Précision de la mesure de d.

-  l’incertitude absolue sur cette mesure est :

-  Δd = d’ =  0,09 m

-  En conséquence :

-  d – Δd  ≤ d ≤ d + Δd  

-  364132096,210 – 0,09 ≤ d ≤ 364132096,210 – 0,09

-  364132096,120 ≤ d ≤ 364132096,300

-  Ou :

-  d = (364132096,210  ± 0,09) m

-  En conséquence, le premier chiffre après la virgule (1, 2 ou 3) n’est pas connu.

-  Pour d, on peut garder la valeur suivante :

-  d ≈ 364132096 m

-  Ceci est en accord avec la règle suivante :

-  Le résultat d’un calcul ne doit pas comporter plus de chiffres significatifs que la donnée qui en comporte le moins

( ici  c = 299792458 m . s^–1, 9 chiffres significatifs et

Δt = 2,4292278641 s, 11 chiffres significatifs)

-  d ≈ 364132096 m, 9 chiffres significatifs.

-   Il est souvent commode de calculer l’incertitude relative donnée par la relation :

-   

-  On appelle aussi cette grandeur : précision de la  mesure

-  Valeur de l’incertitude relative :

-   

-  On peut exprimer cette grandeur en pourcentage :

-   

-  La précision est de 2,5 × 10^–8 %

Les couleurs de flamme.

A.    Protocole expérimental :

  Préparer les solutions suivantes en dissolvant chacun des solides dans l’eau :

-  Chlorure de potassium {K⁺ (aq) + Cℓ^– (aq)}

-  Chlorure de lithium {Li⁺ (aq) + Cℓ^– (aq)}

-  Chlorure de strontium {Sr²⁺ (aq) + 2 Cℓ^– (aq)}

-  Chlorure de calcium {Ca²⁺ (aq) + 2 Cℓ^– (aq)}

-  Chlorure de sodium {Na⁺ (aq) + Cℓ^– (aq)}

   Placer ces solutions dans des pulvérisateurs.

  Pulvériser chaque solution une par une dans la flamme d’un bec bunsen et observer.

B.    Observations expérimentales.

1.   Interpréter les observations expérimentales.

2.   Proposer un protocole expérimental permettant d’identifier le cation métallique présent dans une solution

de chlorure métallique non étiquetée.

3.   Proposer une amélioration du protocole pour identifier des ions strontium Sr²⁺ ou lithium Li⁺.

Diagramme d’Hertzsprung-Russel.

1.   Évaluation de la température de surface des étoiles Aldébaran et Régulus à l’aide du diagramme A.

-  Exploitation graphique :

-  Pour l’étoile Aldébaran, on trouve sur le diagramme d’Hertzsprung-Russel une température voisine de 4400 ° C.

-  C’est une étoile « froide ».

-  Indications données par le logiciel STELLARIUM :

-  C’est une étoile géante orangée. C’est l’étoile la plus brillante de la constellation zodiacale.

-  Sa température de surface est de l’ordre de 3910 K, soit environ 4183 ° C.

-  Pour l’étoile Régulus, on trouve sur le diagramme d’Hertzsprung-Russel une température voisine de 14500 ° C.

-  C’est une étoile « chaude ».

-  Indications données par le logiciel STELLARIUM :

-  Régulus est un système stellaire constitué de 4 étoiles, disposées en deux paires qui gravitent l’une autour de l’autre.

-  Elle apparaît comme une étoile bleue-blanche

-  C’est l’étoile la plus brillante de la constellation du Lion.

-  Sa température de surface est comprise entre 11 010 K et 15 400 K

2.   Les informations tirées des spectres B :

-  Analyse du profil spectral de l’étoile Aldébaran (a) :

-  Le maximum de l’intensité lumineuse se situe dans l’orange et le rouge (entre 600 nm et 750 nm environ).

-  L’étoile a une couleur orange.

-  Analyse du profil spectral de Régulus.

-  Le maximum de l’intensité lumineuse se situe dans le bleu et le violet (entre 400 nm et 500 nm environ).

-  L’étoile a une couleur bleutée.

Aurions-nous raison avec cette hypothèse ?

La grande nébuleuse d’Orion est un nuage de gaz situé à environ 1300 années-lumière de nous.

Elle est visible à l’œil nu depuis l’hémisphère Nord.

Sa température est environ 2 millions de degrés Celsius.

Elle est essentiellement constituée d’hydrogène.

-  Température d’un corps chaud en fonction de la longueur d’onde de la radiation émise avec un maximum d’intensité :

-  Spectre de l’hydrogène obtenu avec un spectrophotomètre :

-  Spectre de la lumière blanche :

1.   Année-lumière et distance :

a.   L’année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année.

Exprimer, en mètre, une année-lumière.

b.   Déterminer, en mètre, la distance séparant la nébuleuse de la Terre.

2.   Comment compare la température de deux corps chaud ?

3.   La couleur rouge de la lumière émise par la nébuleuse peut-elle être due à sa température ?

4.   Longueur d’one et couleur :

a.   Évaluer les longueurs d’onde des radiations de la lumière émise par l’hydrogène.

b.   En déduire que la couleur rouge est due à la lumière émise par l’hydrogène.