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NOM et Prénom de l’élève :

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COURS DE SCIENCES PHYSIQUES

Classe de 2nd GT

① LUMIÈRE ET LONGUEUR D’ONDE

② LES DIFFERENTS SPECTRES

③ SPECTRE D’UNE ÉTOILE

OBJECTIFS DES ACTIVITÉS

→ Connaître les couleurs du spectre de la lumière blanche.

→ Comprendre que chaque nuance colorée correspond à une longueur d’onde.

→ Savoir identifier les différents types de spectre.

→ Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chimiques

présentent dans l’atmosphère de l’étoile.

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Activité

①

1- Dispersion de la lumière blanche

Newton utilise un prisme (forme géométrique) en

verre et est transparent à la lumière.

On observe une plage lumineuse qui s’étale du rouge au violet en passant par l’orange, le

jaune, le vert et le bleu.

Un prisme permet de décomposer la lumière blanche. Newton a effectué une expérience

de dispersion de la lumière.

La figure de dispersion est appelée spectre de la lumière blanche.

La lumière visible, fait partie des ondes électromagnétiques dont ce spectre est situé entre

l’ultraviolet (UV) et l’infrarouge (IR).

2- Lumière et longueur d’onde

Si on effectue la même expérience de dispersion avec un

étroit faisceau de lumière rouge émise par un laser.

On obtient une seule couleur.

Une lumière monochromatique est une lumière qui ne peut être décomposé par un

prisme. Elle n’est constituée d’une seule couleur.

On lui associe une grandeur appelée longueur d’onde.

Elle s’exprime en mètres et se note :

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La longueur d’onde () correspond à la

périodicité d’une oscillation, soit la distance

entre deux oscillations maximales ou une

période.

Dans notre exemple, c’est la radiation (C) qui a

la plus grande longueur d’onde.

Les longueurs d’ondes des radiations visibles

s’expriment souvent en nanomètre (nm).

Le domaine du visible s’étend entre 400 nm (violet)

et 800 nm (rouge).

Le nanomètre de symbole nm est une unité de longueur. C’est un sous multiple du mètre.

Il vaut un milliardième de mètre.

On peut utiliser aussi le micromètre, de symbole µm. Il vaut un millionième de mètre.

Exemple :

Convertir la longueur d’onde de la radiation violette en mètre (m), puis en micromètre (µm).

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Activité

②

1- Spectres continus d’origine thermique

Un corps chaud émet un rayonnement de spectre continu, dont les propriétés

dépendent de la température. Les spectres continus d’origine thermique s’enrichit

vers le violet quant la température de ce corps augmente.

La courbe qui représente l’intensité lumineuse des radiations

émises par un corps, en fonction des longueurs d’ondes de ces

mêmes radiations, est appelée le profil spectral.

2- Spectres de raies d’un atome ou d’un ion

Spectre d’émission de la lumière

C’est un spectre continu contenant toutes les couleurs de l’arc en ciel.

Spectre de raies d’émission

Lorsque les atomes et les ions d’un gaz, sous faible pression, sont excités soit par chauffage,

soit par décharges électriques, ces entités peuvent émettre de la lumière.

Le spectre est alors composé d’un nombre limité de radiations

monochromatiques bien distinctes, qu’on

visualise sous forme de raies. On obtient un

spectre d’émission.

(Raies colorées sur fond noir)

Spectre d’absorption

Lorsque des radiations lumineuses traversent un gaz froid sous faible pression, certaines

radiations peuvent être absorbées.

Si le spectre du rayonnement incident est continu, il est amputé de certaines

raies après passage au travers d’un gaz.

(Raies noires sur un fond coloré)

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Activité

③

1- La température de surface d’une étoile

La température de surface d’une étoile peut-être déterminée par l’étude de l’intensité

lumineuse du fond continu de son spectre.

Exemple : le spectre de la lumière du soleil présente un maximum d’intensité lumineuse dans

le bleu-vert ce qui correspond a une température de 5 500°C à la surface du Soleil.

2- Composition chimique d’une étoile

Les entités chimiques de l’atmosphère d’une étoile sont identifiées par les raies

d’absorption présentes dans le spectre de la lumière stellaire.

La photosphère émet un spectre continu composé de toutes les couleurs de l’arc en ciel

(spectre continu)

Dans l’atmosphère, des radiations du spectre continu sont absorbées par les gaz

ATMOSPHERE

(mélange de gaz)

Le spectre « reçu sur Terre », est un spectre de raies noires sur fond coloré.

(spectre d’absorption)

ETOILE

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L’identification de chacune des raies noires avec le spectre d’émission d’un élément

chimique permet de connaître la composition chimique de l’atmosphère d’une étoile.

Exemple :

Spectre d’émission d’un élément chimique associé avec le spectre d’absorption d’une étoile

Interprétation

On a représenté le spectre d’émission de l’atome d’hydrogène (4 raies colorées sur fond noir). On constate que la position des raies colorées correspond à certaines raies d’absorption de l’étoile. On en déduit que l’atmosphère contient alors du dihydrogène (H2). Puisqu’il y a d’autres raies d’absorption, on peut dire qu’il y a présence d’autres éléments chimiques. L’analyse a montré qu’il y avait présence d’argon et de lithium).