Transcript LES SPECTRES DE LUMIERE

LES SPECTRES DE LUMIERE
Le spectre d’une lumière est sa décomposition par un prisme ou
par un autre système dispersif.
Pour étudier les étoiles, les physiciens analysent la lumière
qu’elles nous envoient en la décomposant avec des systèmes
dispersifs (plus sophistiqués qu’un prisme…).
Le but de cette partie du cours est d’étudier les spectres de
lumière et de voir quelles informations ils peuvent nous fournir
sur les étoiles.
I) LES SPECTRES D’EMISSION
• Il y a 2 façons d’émettre de la lumière
1) LES CORPS CHAUDS
Acier en fusion dans une fonderie
Filament en tungstène d’une lampe à
incandescence, chauffé à 2700 °C par le
passage d’un courant électrique
La lumière émise possède un spectre de ce type :
• Spectre continu
Type de lumière émise :
• Lumière polychromatique
• Toutes les radiations de
longueurs d’onde comprises
entre 400 et 800 nm
• On parle de lumière blanche
• Exemples : Soleil, filament
fortement chauffé
Variation du spectre en fonction de la température
• + le corps est chaud
• + la lumière est blanche
• + son spectre contient de
radiations vers le bleu-violet
Conclusion :
Tout corps solide porté à haute température (environ 1000 °C)
émet une lumière dont le spectre est continu.
Le domaine de longueurs d’onde des radiations constituant la
lumière émise dépend de la température du corps :
Plus la température est élevée, plus le rayonnement s’enrichit
en radiations de courtes longueurs d’onde (vers le violet).
2) LES ATOMES DE GAZ EXCITES
• Tube fluorescent
Lampe à vapeur de mercure
Lampe contenant des atomes de mercure à l’état gazeux sous une
très faible pression, que l’on chauffe en émettant des décharges
électriques.
Spectre obtenu :
On constate :
• Spectre constitué de seulement quelques raies
(spectre discontinu)
• Lumière polychromatique
Conclusions :
Tout comme les solides, les gaz émettent de la lumière
lorsqu’ils sont portés à haute température.
Le spectre de la lumière émise par ces gaz portés à
haute température est un spectre discontinu : c’est un
spectre de raies.
Et avec d’autres éléments ?
Hg
Na
Ne
Conclusion :
Les longueurs d’onde des radiations composant le spectre
émis par un atome à l’état gazeux dépend de la nature de
celui-ci.
Les spectres de raies sont donc caractéristiques des éléments
qui les émettent et l’étude de ces spectres permet
l’identification des atomes présents dans un gaz.
II) LES SPECTRES D’ABSORPTION
• De la lumière blanche est envoyée à travers
une substance
• On analyse la lumière transmise
1) Bandes d’absorption
• Absorption par une solution de
permanganate de potassium
Spectre de bande d’absorption
Conclusion :
Lorsque l’on fait passer un faisceau de lumière blanche
à travers un corps transparent (solide ou liquide), une
partie de la lumière est absorbée par ce corps.
Le spectre correspondant à la partie de la lumière non
absorbée est appelé spectre d’absorption.
Lors du passage de la lumière à travers certains milieux
transparents (colorés), on observe des spectres présentant
des plages entières de radiations manquantes (bandes
d’absorption).
Le spectre correspondant est appelé spectre de bandes
d’absorption.
Les radiations absorbées dépendent de la nature du
milieu traversé.
2) Raies d’absorption
• Lorsque le milieu traversé est un gaz :
Seulement quelques raies bien précisent sont manquantes.
On parle de spectre de raies d’absorption.
Propriété : un atome ou un ion à l’état gazeux n’est capable
d’absorber que les raies qu’il est capable d’émettre.
Cela permet d’identifier la composition des étoiles.
III) Application à l’astrophysique
• Quelles informations l’étude des spectres
des étoiles peut-elle nous fournir ?
1) Température d’une étoile
On a dit que plus un corps est chauffé à une température
élevée, plus le spectre de la lumière qu’il émet est enrichi en
radiations de courtes longueurs d’onde (bleu – violet) :
Bételgeuse
Soleil
Sirius
Rigel
Rouge
Jaune
Blanche
Bleue
T = 3000 °C
T = 6000 °C
T = 11000 °C
T = 20000 °C
2) Identifier un atome dans l’atmosphère d’une étoile
Le spectre des étoiles que l’on reçoit sur Terre est un spectre
d’absorption. En l’analysant, on peut retrouver les éléments
responsables de cette absorption.
Spectre
d’absorption
Spectre
d’émission de
l’atome qui a
absorbé
3) Observation de l’espace
On a vu que la lumière visible était un tout petit domaine des
radiations existantes. La majorité de la lumière que nous
envoient les étoiles se situe dans des domaines invisibles (rayons
gamma, rayons X, UV, IR, ondes radio).
Des détecteurs ont été créés pour permettre à l’Homme
d’observer l’Univers à travers ces radiations, invisibles pour son
œil. De nombreuses autres informations ont pu en être tirées.