Aurélie nov 2000


devoirs seconde : les spectres

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1

couleur d'une étoile et température

  1. Le soleil est une étoile moyennement chaude (6000°C en surface) et la couleur perçue est jaune . Les étoiles Rigel et Bételgeuse de la constellation d'Orion sont des étoiles respectivement bleue et rouge.

    Classer ces étoiles par ordre croissant de leur température de surface. Justifier.


corrigé

Plus une source de lumière est chaude, plus la longueur d'onde où elle émet le plus d'énergie est petite. Le soleil (6000°C en surface) émet dans le visible.

L'étoile Rigel émet dans le bleu  :

la longueur d'onde du bleu est plus petite que la longueur d'onde correspondant au jaune. La température de surface de Rigel est plus élevée que la température de surface du soleil.

L'étoile Bételgeuse émet dans le rouge  :

la longueur d'onde du rouge est plus grande que la longueur d'onde correspondant au jaune. La température de surface de Bételgeuse est moins élevée que la température de surface du soleil.

 


2

composition chimique d'une étoile

On donne les spectres de deux éléments, le titane et le nickel, ainsi que le spectre d'une étoile. Ces spectres ont été réalisés dans les mêmes conditions et les réglages du spectroscope étaient les mêmes.

  1. 1. Quel nom donne-t-on aux spectres des deux éléments?

    2. Expliquer l'allure du spectre de l'étoile en utilisant les mots ou les expressions suivantes:

    spectre (ou fond) continu ; raies d'absorption ; chaude ; photosphère ;

    3. La comparaison du spectre de l'étoile et des spectres de chaque élément permet de faire une affirmation relative à la composition chimique de l'étoile. Laquelle?

 


corrigé

spectre de raies d'émission du nickel et de titane : sur un fond noir on observe des raies colorées.

spectre de raies d'absorption de l'étoile : sur un fond continu coloré on observe des raies noires.

Plus la surface d'une étoile est chaude, plus on y trouve d'éléments chimiques H et He.

Les spectres des étoiles les moins chaudes montrent la présence de nombreux éléments chimiques métalliques.(Fer, Ca ...)

La photosphère est la fine couche de gaz (350 km) qui enveloppe l'étoile : la partie haute de la photosphère absorbe une partie de la lumière émise par sa partie basse. Il en résulte des raies d'absoption dans le spectre.

Les deux raies du spectre d'émission du nickel se retrouve dans le spectre d'absorption de l'étoile : la photosphère de l'étoile contient l'élément nickel. 




3

spectre de l'argon et spectre d'une étoile

 

On a obtenu le spectre d'une étoile avec un spectrographe à réseau. Les distances séparant deux raies sont proportionnelles à la différence des longueurs d'onde correspondantes.

Le spectre d'émission de l'argon est fourni.(450nm ; 470 nm ; 560 nm ; 603 nm ; 642 ; 668 nm)

 

  1. Quel est l'intérêt de fournir le spectre de l'argon?
  2. Expliquer la différence de nature entre les spectres représentés.
  3. Déterminer les longueurs d'onde des raies présentes dans le spectre de l'étoile.( 0; 10 mm ; 21 mm ; 26 mm ;30 mm ; 40 mm ; 45 mm ; 82 mm )
 


corrigé



Le spectre de l'argon permet de trouver la correspondance entre longueur d'onde en nm et les mesure en mm : 10 mm correspondent à 20 nm

soit 1 mm correspond à 2 nm.

Le spectre de l'argon est un spectre de raies d'émission( raies colorées sur fond noir)

Le spectre de l'étoile est un spectre de raies d'absorption ( raies noires sur un fond continu coloré)

longueur d'onde (nm) = 450 + 2* longueur (mm)
mm
0
10
21
26
30
40
45
82
l(nm)
450
470
492
502
510
530
540
614



4

lumière laser

Le premier spectre est celui d'une lampe à vapeur de mercure. (longueur d'onde : 615nm ; 579 nm ; 577 nm ; 546 nm ; 436 nm ; 405 nm )

Le second est le spectre de la lumière émise par un laser et photographié dans les mêmes conditions.(raie à 3,6 cm)

 

 

1. Comment peut-on qualifier la lumière émise par le laser?

2. Tracer le graphique l = f(x) où l est la longueur d'onde correspondant à une raie du spectre du mercure et x est sa position sur le schéma.

3. Déterminer graphiquement la longueur d'onde correspondant à la radiation émise par le laser.


corrigé


La lumière laser est monochromatique.





5

lampes dites " à économie d'énergie"

"Les tubes en verre des lampes fluorescentes contiennent un gaz : argon + vapeur de mercure sous faible pression. Les atomes de mercure excités par des décharges électriques, émettent deux radiations de longueurs d 'onde 185 nm et 254 nm.

La surface du verre est recouverte d'un dépôt de poudre blanche : ce dépôt absorbe la lumiere émise par la vapeur de mercure et émet dans le domaine visible. Les tubes utilisent trois poudres émettant dans le rouge le vert et le bleu.

  1. A quel domaine du spectre lumineux appartiennent les radiations émises par la vapeur de mercure ?
  2. Le verre utilisé arrête les rayons ultraviolets. Le dépôt blanc est-il sur la face interne ou sur la face externe du verre ?
  3. Qualifier le spectre de la lumiere éclairant le dépôt blanc ( continu ou raies ) ?
  4. La lumière émise par cette lampe est blanche. Justifier
  5. Une grande partie des radiations émises par une lampe à filament de tungstène se trouvent dans l' infrarouge. Le rayonnement infrarouge appartient il au domaine visible ?

corrigé
Les longueurs d'onde de la lumière visible sont situées dans le domaine [ 400 ; 800 nm ]

Les longueurs d'ondes inférieures à 400 nm appartiennent à l'ultra violet.

Le verre utilisé arrête les rayons ultraviolets. Le dépôt blanc doit absorber l'UV pour émettre une lumière blanche : donc ce dépôt est sur la face interne du verre.

La lumiere éclairant le dépôt blanc est constitué de raies isolées, il n'est pas continu.

Un spectre d'absorption montre des raies noires, tandis qu'un spectre d'émission montre des raies colorées.

L'oeil posséde des récepteurs sensibles séparément aux couleurs verte, bleue et rouge. Quand ces récepteurs sont tous les trois éclairés, l'oeil perçoit une couleur blanche..

L'infra-rouge ( longueurs d'onde supérieures à 800 nm ) n'appartient pas au domaine visible On le ressent par la chaleur qu'il transporte.




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