DISPERSION DE LA LUMIÈRE – SPECTRES ET MESSAGES DE LA LUMIÈRE

Objectif : être capable d’interpréter toutes les informations contenues dans le spectre émis par une sourcelumineuse. On s’intéressera en particulier à la lumière provenant des étoiles.

I. LA LUMIÈRE EN PROVENANCE DU SOLEIL

Le document ci-dessus montre l’allure du spectre de la lumière issue du Soleil, dans le domaine des radia-tions visibles. Un spectre est le résultat de la séparation de l’ensemble des radiations composant le signal initial.En optique, cela conduit à un étalement sur un écran des différentes couleurs entrant dans la composition de lalumière issue d’une source.

La suite de cette activité a pour objectif d’expliquer chacun des aspects de ce spectre.

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Illustration 1 : Spectre de la lumière issue du Soleil

Décrivez en quelques phrases simples l’aspect du spectre de la lumière issue du Soleil_________________________________________________________________________________________

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II. DISPERSION DE LA LUMIÈRE – MISE EN ÉVIDENCE ET EXPLICATION

1. Le prisme

a. Obtention du spectre de la lumière blanche

Disposer un prisme sur le disque tournant, face à un fais-ceau de lumière blanche et trouver la configuration permettantd’obtenir un spectre le plus caractéristique possible.

1. Quelle est l’allure du spectre obtenu ?2. Entre quelles radiations s’étend l’ensemble du spectre visible par

l’œil humain ?3. Quelle est la radiation lumineuse (couleur) qui est la plus déviée ?

b. Explication – Milieu dispersif

Exercice n°23 page 153

2. Le réseau

Un réseau en optique est une succession de traits gravés sur un support. Oncompte plusieurs centaines de traits par millimètre.

On réalise la décomposition de la lumière par un réseau : avec un rétroprojec-teur au bureau ou avec un spectroscope individuel en observant la lumière issued’une lampe à incandescence.

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Faisceau de lumière blanche Prisme

de verre

Illustration 2 : Schéma du montage vu du dessus

Illustration 3 : Un réseau pour ladécomposition de la lumière

Définition – Milieu dispersif_________________________________________________________________________________________

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Décrivez en quelques phrases simples l’aspect du spectre visualisé (vous pouvez aussi prendre toutes les pho-tos que vous jugez utiles)._________________________________________________________________________________________

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III. SPECTRE CONTINU ET SPECTRE DE RAIES

1. Observations

Vous pouvez observer à l’aide des spectroscopes les spectres de lampes à vapeursd’atomes (lampes spectrales). L’émission de lumière provient d’atomes de différentesespèces auxquels on a fourni de l’énergie à l’aide de décharges électriques, ils sont pla-cés dans un état excité. L’énergie excédentaire est évacuée sous forme de radiations lu-mineuses.

Observez les spectres des différentes lampes à votre disposition, puis décrivez leurallure en indiquant la nature de la lampe et les couleurs observées dans le spectre.

Lampe 1 2 3 4

Atomes

Allure du spectre

2. À retenir

IV. SPECTRES D’ABSORPTION

1. Observations

On intercale sur le trajet de la lumière une cuve contenant une solution colorée de permanganate de potas-sium puis on décompose la lumière après qu’elle a traversé la cuve.

Réalisez les observations et expériences nécessaires pour répondre aux questions suivantes.1. Quelle est l’allure de ce spectre en comparaison de celui de la lumière blanche ?2. En quoi le spectre obtenu permet-il d’expliquer la couleur de la solution ?3. Pourquoi selon vous parle-t-on de spectre d’absorption dans le cas présent ?

2. Conclusions

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Illustration 4 : Lampe à vapeursde sodium

Allure du spectre d’émission d’un atome_________________________________________________________________________________________

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Quelles caractéristiques du spectre du Soleil peuvent être assimilées au phénomène étudié dans cettepartie ?_________________________________________________________________________________________

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V. SPECTRES D’ÉMISSION D’UN CORPS CHAUD

1. Observations

On visualise le spectre d’émission d’une lampe à incandescence dont on fait varier la tension d’alimenta-tion.

1. Quelle est l’influence de la tension d’alimentation sur la température du filament de la lampe ?2. En observant le spectre à l’aide d’un spectroscope, décrivez son évolution lorsque la température du fi-

lament augmente. Indiquez comment le spectre se modifie à mesure que le filament monte en tempéra-ture.

3. Si on applique ce principe aux étoiles, quelle indication pourrait-on tirer de l’étendue du spectre de la lu-mière émise ?

2. Conclusions et exploitation

Exercice 19 page 169

BILAN GLOBAL – RETOUR SUR LE SPECTRE DE LA LUMIÈRE ISSUE DU SOLEIL

Exercice 20 page 169

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