Travaux Pratique :

SPECTRES et MESSAGE DE LA LUMIERE

OBJECTIFS ::

- Distinguer un spectre d’émission d’un spectre d’absorption.

- Reconnaître et interpréter un spectre d’émission d’origine thermique

- Savoir qu’un élément chimique ne peut absorber que les radiations qu’il est capable d’émettre.

- Reconnaître une entité chimique à partir d’un spectre.

En 1666, Isaac Newton interprète la lumière du Soleil comme la superposition de radiations de différentes couleurs. Un siècle et demi plus tard, les astronomes découvrent que le spectre de la lumière solaire est en fait plus complexe.

1. ACTIVITE PREPARATOIRE :

ETUDE DE TEXTE : Dans l’Univers, tout brille !

Etroite vision que celle de l’Homme ayant comme seul attribut son œil nu ; pour appréhender le monde. Il ne peut compter que sur la lumière des étoiles. Que le Soleil disparaisse, et Terre et ciel sombreront dans le noir. C’est pourquoi, très tôt, on exploita l’incandescence.

Chauffé convenablement, le bois prend feu et la flamme qui en résulte crée un halo de lumière. Des siècles plus tard, c’est le filament d’une lampe portée à incandescence qui éclaire la nuit. Les étoiles émettent de la lumière visible et, à l’œil nu, on peut même distinguer la lueur rouge de Bételgueuse (une étoile dont la température de surface est de l’ordre de 3000 °C), de l’éclat bleuté de Rigel (plus de 11000°C). Entre les deux, notre Soleil, jaune, affiche à sa surface une température de 5000°C.

PHOTOS CONSTELLATION ORION

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/Images/rotation/orion1.jpg

1. Quelles sont les sources de lumière citées dans le texte ?

2. A partir du texte quelle hypothèse pouvez-vous émettre pour expliquer les couleurs différentes des rayons lumineux émis par les étoiles ?

2. APPROCHE EXPERIMENTALE :

Les spectres seront visualisés grâce à un spectroscope à réseau. Un réseau a le même effet dispersif sur la lumière que le prisme vu en cours.

I- Etude du spectre d’une lampe à incandescence.

Viser le filament de la lampe à incandescence à l’aide d’un spectroscope.

Observations :

Expérience : Observez le spectre quand la lumière est très faible. Quelles sont les couleurs qui ont disparu dans le spectre ?

Conclusion :

Fortement chauffé un corps solide, liquide ou gazeux émet un rayonnement dont le spectre est ……………………. : c’est un SPECTRE D’EMISSION CONTINU.

La relation entre le spectre d’ continu et la température du corps ne dépend pas du corps.

Quand la température du corps augmente le spectre se déplace vers les radiations d’émission de couleurs ……………………..… et de longueurs d’ondes …………………

Application : Les étoiles ont des couleurs. Parmi elles, certaines sont plutôt rouges, d’autres plutôt bleutées. Quelles sont celles qui ont la température de surface la plus élevée ? la moins élevée ?

II- Etude de spectres de gaz excités

1. Lampes spectrales

Observer à l’aide de spectroscope à réseaux et comparer les lumières émises par les différentes lampes spectrales posées sur le bureau du professeur.

Décrire et représenter précisément les spectres de ces lampes en remplissant le tableau ci-dessous :

Nom de la lampe

Couleur de la lumière émise

Spectre d’émission de cette lampe

Lampe à vapeur de sodium

Lampe à vapeur de mercure

2. Observation du spectre d’émission des lampes à tubes néons de la salle.

Observer à l’aide de spectroscope à réseau les lumières émises par les néons éclairant la salle de Travaux Pratiques.

1. Quel type de spectre observez-vous ?

2.A partir de vos observations, déduire le fonctionnement d’un tube néon.

Conclusion :

Un gaz chaud à basse pression émet des rayonnements dont le spectre n’est pas ……………… : c’est un SPECTRES DE RAIES.

Ce sont des radiations monochromatiques caractéristiques de la nature …………………… du gaz.

Le spectre …………………………………………. est une signature d’une espèce chimique.

III – Observations de spectres d’absorption

1. Absorption de la lumière par un filtre :

A l’aide du montage utilisant le rétroprojecteur, on visualise le spectre de la lumière blanche. Ensuite, on place sur la fente du carton, l’un après l’autre, plusieurs filtres colorés. On dessine les spectres obtenus.
Spectre de la lumière blanche
Avec filtre bleu
Avec filtre jaune
Avec filtre rouge
Avec filtre vert

On en déduit que :

Le filtre bleu absorbe ……………………………………………………………….

Le filtre jaune absorbe ……………………………………………………………….

Le filtre rouge absorbe ……………………………………………………………….

Le filtre vert absorbe ……………………………………………………………….

2. Absorption de la lumière par une solution colorée

A l’aide du montage ci-dessous, on observe le spectre d’absorption de différentes solutions colorées.

Fente

Source Solution Réseau Ecran

blanche colorée

Résultats :

Nom de la solution	Couleur de la solution	Spectre de la lumière

Conclusion :

Le spectre de la lumière qui a traversé une solution colorée présente des …………….. ………………… sur un fond ……………………. : c’est un SPECTRE DE BANDES D’ABSORPTION.

Le spectre d’absorption d’une solution de permanganate de potassium présente une bande noire dans les couleurs ……………… : la solution …………………….. donc ces couleurs.

Une solution colorée absorbe une partie des couleurs de la lumière ………….. La couleur de la solution résulte de la somme des couleurs …………………..

Le spectre d’absorption obtenu est caractéristique de ………………………………………….

Un gaz chaud à faible pression éclairé en lumière blanche présente aussi un spectre de raies d’absorption complémentaire au spectre de raies d’émission.

3. INITIATION A L’ASTROPHYSIQUE :

I. QUESTIONNEMENT :

1) Pourquoi ne peut-on pas effectuer une étude in situ de la composition du Soleil en envoyant une sonde par exemple ?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2) Quelle est alors la seule solution possible pour les astrophysiciens ?

3) Expliquer quel type de spectre on obtient en décomposant la lumière du Soleil et quel modèle simple permet d’interpréter l’obtention de ce type de spectre :

II. DEMARCHE EXPERIMENTALE :

1) A l’aide de ce premier lien, déterminer les raies des atomes d’Hydrogène, de Carbone et d’Hélium.

http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf

éléments	Longueur d’onde des raies (nm)
H
He
C

2) A l’aide de ce second lien, déterminer les longueurs d’ondes des raies d’absorption du spectre du soleil.

http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_soleil.swf

Longueur d’onde des raies (nm)

3) Identifier les éléments chimiques correspondant à ces raies, ainsi que leur localisation (atmosphère terrestre ou stellaire ?)

FICHE TP : MATERIEL : SPECTRES et MESSAGE DE LA LUMIERE

Paillasse élève :

Spectroscopes portables.

Poste informatique + réseau.

Paillasse professeur :

- Lampes spectrales (Hg, Na).

- Poster des spectres d'émission.

- Générateur, rhéostat, lampe à incandescence, fils de connexion

- Montage d'absorption d’une solution colorée (prisme ou réseau, lentille, source, écran, cuve) avec des solutions de permanganate de potassium concentré et de sulfate de cuivre concentrée.

- Rétroprojecteur + réseau + fente en carton souple + filtre plastique rouge, jaune, verte, bleu. + écran