Chapitre 16 : le
monde quantique système
Lampe à vapeur de
sodium (Pondichéry Bac 2004)
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 = 6,62.10-34 J.s ; c = 3,00.108 m.s-1 ; e = 1,60.10-19 C
Q1
L'analyse du spectre d'émission d'une lampe à vapeur de
sodium révèle la présence de raies de longueur d'onde l bien définie. Quelles
sont les longueurs d'onde des raies appartenant au domaine du visible ?
au domaine des ultraviolets ? au domaine
de l'infrarouge ?
b) S'agit-il d'une lumière polychromatique ou monochromatique? Justifier votre réponse.
c) Quelle est la valeur de la fréquence n de la raie de longueur d'onde l = 589,0 nm ?
d) Parmi les données présentées au début de l'exercice, que représentent les grandeurs h et e ?
Q2
a) On donne en annexe à remettre avec la copie le diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'atome de sodium. Indiquer sur le diagramme en annexe 4 à rendre avec la copie, l'état fondamental et les états excités.
b) En quoi ce diagramme en annexe 4 permet-il de justifier la discontinuité du spectre d'émission d'une lampe à vapeur de sodium?
Q3
a) On considère la raie jaune du doublet du sodium de
longueur d'onde l
= 589,0 nm. Calculer l'énergie DE (en eV) qui correspond à l'émission de cette
radiation.
(On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs adapté aux
données).
b) 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.
Q4
a) L'atome de sodium, considéré maintenant à l'état E1 , reçoit une radiation lumineuse dont le quantum d'énergie DE' a pour valeur 1,09 eV. Cette radiation lumineuse peut-elle interagir avec l'atome de sodium à l'état E1 ? Justifier.
b) 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
ANNEXE 4
( à rendre avec la copie)
Diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'atome de sodium
