Les spectres de la lumière

1. Les spectres de la lumière • La lumière blanche • Effet d’une variation de température • Autres spectres d’émission • Les spectres d’absorption • Application à l’astrophysique

2. I. La lumière blanche • Source : lumière blanche – spectre continu

3. La lumière blanche Le spectre obtenu est le suivant: une infinité Toutes les couleurs sont visibles donc il y en a Le spectre de la lumière blanche est formé d’une infinité de couleurs

4. Le spectre de la lumière En physique, les lumières (les couleurs) sont appelées des radiations monochromatiques. A toute radiation monochromatique correspond une longueur d’onde notée λ (lambda) qui s’exprime souvent en nanomètre (nm). Exemple : λviolet = 400 nm = 400.10-9m

5. II. Effet d’une variation de température • Exemples de corps chauffés à différentes températures : • Un corps ou un élément chimique porté à haute température émet de la lumière.

6. Le spectre d’origine thermique • Quand on chauffe un corps de plus en plus, on obtient les spectres suivants: La température augmente Plus la température s’élève, plus le spectre d’émission s’enrichit de radiations vers le violet donc la couleur de la lumière change ( du rouge jusqu’au blanc )

7. III. Autres spectres d’émission réseau • La source lumineuse peut être un LASER ou des lampes à gaz ionisé. • On obtient alors un spectre coloré, discontinu et composé de raies.

8. Le spectre d’émission des éléments chimiques (gaz) Voici les spectres d’émission de quelques corps purs: Spectre d’émission de l’hydrogène H du mercure Hg du néon Ne Les spectres d’émission des éléments chimiques sont constitués de raies colorées monochromatiques.

9. IV. Spectres d’absorption C’est un spectre observé après traversée de la lumière sur un élément absorbant (gaz, solution colorée ou filtre). Élément absorbant

10. Spectre d’absorption d’un gaz. Si on fait passer de la lumière blanche à travers un gaz à basse pression, puis que la lumière traverse un réseau, on obtient le spectre de la lumière blanche avec des raies sombres. C’est un spectre d’absorption (présence de raies sombres)

11. Spectre d’absorption d’un gaz. Spectre d’absorption de l’hydrogène H du mercure Hg du néon Ne Chaque élément chimique a un spectre d’absorption différent. Cela permet de les caractériser.

12. Comparaison entre le spectre d’émission et le spectre d’absorption Exemple de l’hydrogène: Spectre d’émission de l’hydrogène H Spectre d’absorption de l’hydrogène H Une entité chimique (atome, ion ou molécule) ne peut absorber que les radiations qu’elle est capable d’émettre. Les deux spectres sont donc complémentaires et le spectre d’absorption permet de la caractériser.

13. Après traversée d’une solution colorée ou d’ un filtre.

14. Le spectre d’absorption d’un filtre coloré. Spectre de la lumière blanche Spectre obtenu après traversée d’un filtre rouge C’est un spectre d’absorption, de bande et quasi-monochromatique. Toutes les radiations sont absorbées par le filtre sauf le rouge.

15. Le spectre d’absorption d’un filtre coloré. Spectre de la lumière blanche Spectre obtenu pour un filtre jaune C’est un spectre de bandes, d’absorption et polychromatique. Les radiations correspondant au jaune ne sont pas absorbées.

16. Le spectre d’absorption d’une solution colorée. Spectre obtenu pour une solution de permanganate de potassium (K++MnO4-) Des radiations disparaissent. Elles sont absorbées par la solution. C’est un spectre de bandes, d’absorption et polychromatique.

17. V. Application à l’astrophysique • Chaque entité chimique possède son propre spectre. • Si on obtient le spectre d’émission de la lumière d’une étoile on pourra savoir de quoi elle est faite

18. Cas du Soleil Atmosphère solaire La lumière émise à la surface du Soleil (photosphère) est celle d’un corps incandescent (6000°C en surface et 15 millions au centre), son spectre est continu. En réalité, le spectre observé à l’extérieur du soleil pour la première fois par Fraunhofer 1814 est le suivant :

19. Composition du soleil Spectre du Soleil observé depuis la Terre par Fraunhofer en 1814. Par comparaison avec les spectres des différents éléments chimiques, l’analyse des raies nous renseigne sur la de l’atmosphère d’une étoile. Il y a des radiations absorbées après traversée dans l’atmosphère du Soleil d’émission d’absorption composition

20. Autres étoiles Spectres de la lumière émise par diverses étoiles

21. Intérêts • L’analyse des raies d’absorption nous renseigne sur la composition de l’étoile. • Cette lumière est émise par un corps chaud. L’intensité des radiations émises par l’étoile dépend de sa température. Étoile de Rigel Soleil Exemple: le Soleil émet essentiellement des radiations jaunes donc sa température de surface est plus que celle de l’étoile de Rigel. petite