Lycée Murat Issoire                               TP05 Spectres lumineux et découvertes astrophysiques  Objectifs :  Compr...
II- Observations expérimentalesLe but cette seconde partie est d’observer quelques spectres au travers d’un spectroscope. ...
III- Applications concrètes1) Les caractères physico-chimiques du soleil.Expérience préliminaire : baisser la température ...
Salle 214 ou 211matérieleleves :spectroscopesMatériel électrique : générateur 6-12, rhéostat, ampoule et 5 fils de connexi...
A projeter après partie I :Un objet chaud            Un gaz excité produit un        Un objet chaud entouré dun gaz froid ...
Application 1: Détermination de la température de surface du SoleilPlus un corps est chaud plus il émet de lumière dans le...
Etude d’un spectre de lumière.1.   Le spectre de la lumière provenant d’une étoile comporte des raies noires sur un fond c...
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Eléments d'histoire : L'apparition de la spectrométrie

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Eléments d'histoire : L'apparition de la spectrométrie

  1. 1. Lycée Murat Issoire TP05 Spectres lumineux et découvertes astrophysiques Objectifs : Comprendre : les lois de Kirchhoff en utilisant un dispositif de dispersion de la lumière. Connaitre : des découvertes concrètes liées à l’étude des spectres. Réinvestir : représentations schématiques conventionnelles. Activités: Repères historiques 1896 : J’écris une loi Je donne mon nom au bec de gaz permettant de calculer une créé par mon assistant en 1855 1860 Nous découvrons le Césium température à partir d’un et le Rubidium spectre En 1868 nous découvrons BUNSE KIRCHHOFF (en même temps !) par N LOCKYERJ’écris des lois décrivant les différents spectroscopie un nouvelspectres et fonde ainsi la spectroscopie élément dans le soleil : WIEN l’Hélium I- Comprendre les lois de Kirchhoff JANSSEN En 1859, Gustav Kirchhoff propose une série de lois décrivant les spectres de différentes lumières colorées. Chacune d’elles correspond à une situation expérimentale donnée. Associez un spectre à une loi et à une situation expérimentale Un objet chaud Un gaz excité produit un Un objet chaud entouré dun gaz froid produit incandescent produit un spectre de raies (donc non un spectre presque continu, et présentant des spectre continu. continu), les raies ainsi raies manquantes à certaines longueurs formées sont caractéristiques donde bien séparées, les raies ainsi formées du gaz utilisé. sont caractéristiques du gaz utilisé. C’est un spectre de raies d’absorption
  2. 2. II- Observations expérimentalesLe but cette seconde partie est d’observer quelques spectres au travers d’un spectroscope. (L’observationde spectres d’absorption est trop technique pour être réalisée en classe)1) spectre thermique d’une lampe à filament. Réalisez le circuit électrique proposé par votre professeur et qui a pour objectif de contrôler l’éclatde la lampe (en fait la température du filament) Observez le spectre à travers un spectroscope.Compte-rendu :description (schéma du montage électrique et phrase d’explication)observation (une phrase avec les mots en gras dans le tableau précédent)conclusion (reconnaitre le type de spectre selon Kirchhoff)2) Spectre de raies démissionObservez au spectroscope la lumière émise par quelques lampes spectrales.Faites un compte-rendu suivant la même structure que le précédent.Notez le nom du gaz présent dans chacune d’entre elles3) Spectre de raies d’absorptionCe montage est trop technique à réaliserRendez-vous surhttp://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swfUtiliser l’animation pour afficher les spectres d’émission et d’absorption des éléments présents dans leslampes spectrales du lycée.Quelles différences, quels points-communs y a-t-il entre le spectre d’absorption et le spectre d’émissiond’un même élément ?
  3. 3. III- Applications concrètes1) Les caractères physico-chimiques du soleil.Expérience préliminaire : baisser la température du filament de l’ampoule et observez son spectre.Quels changements observez-vous ?Ci-dessus, un schéma représentant le spectre du soleil et au dessus, une courbe précisant l’intensité de lalumière correspondante.De quel type de spectre s’agit-il ?Rendez-vous surhttp://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_temperature.swfet expliquez comment on peut connaitre la température du soleil (en fait de la partie du soleil qui émet de lalumière (chromosphère))A quel type de spectre (tableau Kirchhoff) peut-on associer le spectre du soleil ?Rendez-vous surhttp://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_soleil.swfCochez « afficher le spectre du soleil » et retrouvez quelques éléments de la partie « froide » du soleilparmi les suivants :Quel point commun y a-t-il entre les spectres d’un gaz qui émet de la lumière à chaud et ce même gaz« froid » qui est traversé par de la lumière blanche ?Conclure : Quelles informations peut-on déduire du spectre d’une étoile ?2) Quel est cet élément ? Si nous avons le temps :Observez la flamme donnée par l’incandescence d’un sel.Décrire ce spectre. Pourriez-vous identifier l’atome qui est dans la flamme ?
  4. 4. Salle 214 ou 211matérieleleves :spectroscopesMatériel électrique : générateur 6-12, rhéostat, ampoule et 5 fils de connexionPaillassebecs électriques avec cartouche flamme et nitrate de sodium (ou eau saturée de sel et alcool)lampes spectralesPanneau spectres.spectrophotomètrePhotocopies oui pages 1 et 2Déroulement () I- 15’ II- 1) 40’ 2) 15 ‘Démontage circuits III- 30’ (réinvestissement (AD9)Après expérience, le III peut se faire à la maison.Le TP peut se poursuivre ou être coupé en deux (voir AD 9 une étoile bien mystérieuse)Bunsen et la découverte de nouveaux atomesJoseph Lockyer découvrit que le spectre solaire manifestait la présence dun élément inconnu, quil baptisahélium….AS 2011-2012 : intégrer l’utilisation de Spid HR.
  5. 5. A projeter après partie I :Un objet chaud Un gaz excité produit un Un objet chaud entouré dun gaz froid produitincandescent produit un spectre de raies (donc non un spectre presque continu, et présentant desspectre continu. continu), les raies ainsi raies manquantes à certaines longueurs formées sont caractéristiques donde bien séparées, les raies ainsi formées du gaz utilisé. sont caractéristiques du gaz utilisé. C’est un spectre de raies d’absorption
  6. 6. Application 1: Détermination de la température de surface du SoleilPlus un corps est chaud plus il émet de lumière dans les courtes longueursd’ondes. Ainsi, un métal peu chauffé émet dans le rouge ; il émet de plus en plus lu m in a n c edans le bleu lorsque sa température s’élève, la lumière étant alors perçue de plusen plus blanche. La loi de Wien rend compte de ce phénomène. Elle le modélise U .V v is i b le I.R .par la relation : λ m T = 2900 (enµ m K)Dans laquelle λ m représente la longueur d’onde qui correspond au rayonnement leplus intense dans le spectre continu. 300 500 700 900 lo n g u e u r d o n d e ( n m )Le spectre continu de la lumière solaire présente un maximum d’intensitélumineuse dans le vert comme le montre la courbe ci-dessous : Munis de ces renseignements, calculez la valeur approximative de la température de surface du Soleil. Cette valeur est-elle compatible avec celle que vous avez trouvée lors de l’analyse du spectre de raies d’absorption ?Application 2 Raies d’absorption et composition des étoilesLes étoiles émettent un spectre continu produit par les régions internes qui sont très chaudes ; le rayonnementtraverse ensuite les régions superficielles qui sont plus froides et jouent le rôle d’un absorbant. Le spectre d’uneétoile se présente donc comme un spectre continu comportant de nombreuses raies noires (raies d’absorption).Ce spectre nous renseigne :- sur la température de l’étoile : plus une étoile est chaude, plus son spectre s’étend sur le violet. On en déduit, de cette manière, latempérature de surface de l’étoile.- sur la composition chimique de l’étoile : les raies d’absorption du spectre continu d’une étoile permettent de déterminer la naturedes éléments présents dans les couches superficielles de l’étoile (où ces éléments existent à l’état atomique). De plus, ces raiesd’absorption caractéristiques d’un élément sont d’autant plus noires que cet élément est présent en plus grande quantité.
  7. 7. Etude d’un spectre de lumière.1. Le spectre de la lumière provenant d’une étoile comporte des raies noires sur un fond continu. A quoi correspond le fond continu ? Pourquoi observe-t-on des raies noires sur ce spectre ?2. Les fonds continus des spectres de trois étoiles différentes sont les suivants :Etoile 1Etoile 2Etoile 3Classer ces étoiles par température de surface croissante.3. L’observation du spectre de la lumière provenant d’une étoile mystérieuse donne :On sait que la couche superficielle de cette étoile n’est constituée que d’un seul élément, X ou Y. Les spectresd’émission de ces éléments sont connus et donnés ci-dessous. Quel est celui contenu dans la couche qui entourel’étoile ? X Y

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