TP: Spectroscope à prisme
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TP: Spectroscope à prisme
TP: Spectroscope à prisme 1. But du TP: Les lampes spectrales sont destinées à fournir des spectres de raies dont les longueurs d'onde, dans le vide, sont caractéristiques de l'élément émetteur. On désire tracer la courbe d'étalonnage d'un spectroscope, c'est à dire la courbe !=f(x) où x est une longueur lue sur un micromètre et ! la longueur d'onde. A partir de la courbe d'étalonnage, on pourra connaître les longueurs d'ondes inconnues des raies émises par d'autres sources 2. Réglage de l'appareil 2.1 Description du goniomètre Le goniomètre comprend (voir annexe): • un collimateur qui sert à envoyer un faisceau de lumière parallèle à partir d'une fente de largeur réglable . On éclaire le collimateur par une lampe spectrale (lampe à vapeur de sodium) • un prisme, placé sur la plate forme mobile, c’est lui qui va décomposer la lumière de la lampe spectrale. • une lunette de visée à l’infini mobile qui permet de repérer la direction du faisceau émergent • un viseur qui permet de déterminer la position angulaire de la lunette collimateur Lunette mobile Lampe spectrale oculaire objectif réticule 2.2 Réglage de la lunette à l'infini La lunette comporte un objectif, un oculaire et placé entre les deux, un réticule (deux fils fins en croix, dans le plan perpendiculaire à l'axe). • En quoi consiste le réglage de la lunette à l’infini ? Faire un schéma montrant la marche d’un faisceau incident parallèle, incliné sur l’axe. DCSM Sup. MPSI TP: Spectroscope à prisme 1 Régler la lunette à l'infini consiste à faire coïncider le plan focal image de l'objectif et le plan focal objet de l'oculaire et d'observer le réticule dans ces plans. • Allumer le dispositif d’éclairage du réticule (alimentation continue 12V). • Observer le réticule (croix) à travers l’oculaire, et régler ce dernier de sorte que l’observation soit adaptée à votre vue : déplacer l'oculaire par rotation sur lui même de manière à voir nettement et sans accommoder le réticule. Ce réglage peut varier selon les observateurs. Attention, certains appareils à votre disposition ont une tirette qu’il faut déplacer pour éclairer le réticule. • Placer un miroir plan devant l'objectif à la sortie de la lunette qui jouera le rôle de miroir d'autocollimation. Vous devez observer par la lunette le rond lumineux de la lampe. Régler le manchon au milieu de la lunette pour observer l’image du réticule dans le même plan que le réticule. On doit alors observer de manière nette deux croix à travers l’oculaire. • Eteindre la lampe d'autocollimation et basculez la tirette (pour les appareils qui en ont une) pour que la lunette de visée soit prête à l’utilisation. La lunette est réglée à l'infini. Ne plus toucher à ce réglage jusqu'à la fin du TP 2.3 Réglage du collimateur Le collimateur se compose d'une fente F et d'un objectif mobiles l'un par rapport à l'autre (certains appareils sont équipés d’une molette, les autres sont simplement constitués d’un tube télescopique à ajuster). La fente est éclairée par une lampe spectrale. • Où doit se situer la fente pour que le collimateur fournisse un faisceau parallèle à partir de cette fente ? Faire un schéma de la marche des rayons à travers le collimateur. DCSM Sup. MPSI TP: Spectroscope à prisme 2 • Enlever le prisme de la plate forme ( On veillera à ne pas toucher les faces du prisme) et placer la lampe à sodium devant la fente de largeur variable, au début "1mm. • Observer à travers la lunette de visée l'image de la fente. Agir sur le bouton moleté du collimateur pour obtenir une image nette, en particulier sur les bords. Si vous ne trouvez pas l'image de la fente, localisez là d’abord à l’œil nu, puis placez la lunette dans la bonne position. • Réduire la largeur de la fente, elle doit être la plus fine possible , tout en étant observable. Remarque 1: Les goniomètres qui n’ont pas de tirette sur la lunette d’autocollimation fournissent des images parasites de la fente ( on voit 3 fentes). Seule la fente la plus lumineuse (celle de droite) doit être considérée . Remarque 2 : Si limage de la fente n’est pas centrée en hauteur, c'est parce que les axes de la lunette et du collimateur sont décalés ( pas confondus). Régler alors la hauteur pour que l’image soit centrée. 2.4 Réglage du minimum de déviation et du micromètre Le prisme dévie la lumière, et ce , différemment pour chaque longueur d’onde. Il existe, pour chaque longueur d’onde, une position correspondant à un minimum de déviation. On va régler le spectroscope pour que le prisme soit au minimum de déviation pour la raie jaune du sodium. • Replacer le prisme sur la plate forme et le régler au minimum de déviation pour la raie jaune du sodium. Pour cela on observera la raie jaune à l'aide de la lunette, puis on fera tourner la plate forme. On constate, que pour une certaine position de la plate forme, la raie jaune "rebrousse" chemin: vous avez alors réglé le prisme au minimum de déviation. • On ne touchera plus au prisme jusqu'à la fin du TP Remarque : la plate forme sur laquelle se trouve le prisme doit être horizontale. L’appareil est préréglé pour votre utilisation, ne le déréglez pas. 3. Etalonnage et mesure de longueurs d'onde 3.1 Etalonnage Tracer la courbe d'étalonnage ! = f(x)à partir des raies fournies par la lampe au sodium puis la lampe au mercure dont les longueurs d'onde sont connues. On repèrera pour chaque longueur d’onde, l’angle indiqué sur le goniomètre. (voir la feuille sur l’utilisation du vernier au 1/30). DCSM Sup. MPSI TP: Spectroscope à prisme 3 On complétera le tableau suivant pour la lampe au sodium et au mercure et on tracera la courbe d'étalonnage ! = f(angle) Elément Couleur de la raie Angle Na jaune rouge vert bleu-vert(peu intense) bleu indigo Longueur d'onde en nm 589.3 616.1 568.6 515.3 498.3 466.5 Mercure Hg jaune jaune vert-vert jaune bleu-vert (faible) indigo: violet-bleu violet (peu intense) 579.1 577.0 546.1 491.6 435.8 407.8 3.2 Mesures des longueurs d'onde Observer le spectre de la lampe au cadium. En déduire les longueurs d'onde présentes dans le spectre à partir de la courbe d'étalonnage. Faire les mêmes mesures en utilisant la lampe à Hélium. Faire un tableau des longueurs d'onde de chaque lampe. DCSM Sup. MPSI TP: Spectroscope à prisme 4