TP Physique n°5: Spectres d`émission et d`absorption

TP Physique n°5 : Spectres d'émission et d'absorption
Objectif : Etudier et comprendre l'utilisation des spectres en physique-chimie
Spectre d'une lampe à filament
On a vu en classe que la lumière blanche était polychromatique et qu'un prisme pouvait révéler son spectre. Ce n'est pas le seul
outil capable de le faire, nous allons pour ce TP utiliser des réseaux.
Définition d'un réseau :
Un réseau est un ensemble de traits parallèles, très fins et très rapprochés gravés sur un support en verre ou en plastique. Le pas
du réseau correspond au nombre de traits par millimètre.
Manipulation : Réaliser le montage suivant.
lampe
fente
écran
réseau
Observations :
Que voyez-vous ?
On observe le spectre de la lumière émise par la lampe. Ce spectre est continu .
Que se passe-t-il lorsque la tension d'alimentation de la lampe diminue ?
Lorsque la tension d'alimentation de la lampe diminue, la température du filament diminue . On observe également que le
spectre de la lampe se déplace vers le orange puis le rouge .
A l'aide du spectromètre portable, observez le ciel et comparez ce que vous voyez à ce que vous avez obtenu avec la lampe. Faites
de même avec les lampes de la salle.
Le spectre du ciel ressemble à celui de lampe. On peut donc en conclure que ces deux lumières sont de même nature.
Les spectres des lampes de la classe sont différents. Les phénomènes sont donc de nature différente.
Utilisation des résultats :
Le Soleil est une étoile de couleur jaune, mais d'autres étoiles sont légèrement oranges et d'autres légèrement bleutées. Que peuton dire de leur température de surface ?
On a vu que plus la lampe à filament était froide et plus son spectre tirait vers le rouge. Au contraire, plus le filament est chaud
et plus le spectre tire vers le bleu. On en déduit donc que plus une étoile est chaude et plus sa surface paraîtra bleue. Une étoile
orangée sera donc plus froide que le Soleil qui sera lui-même plus froid qu'une étoile bleutée.
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Spectres d'émission
Il existe d'autres moyens que de chauffer un filament pour produire de la lumière. Les lampes que vous allez voir utilisent
l'électricité pour exciter les atomes de gaz particuliers : le sodium et le mercure.
Observations :
Observez tour à tour les lampes posées sur la paillasse du professeur. Que pouvez-vous dire ?
On constate que la lampe au sodium émet une lumière de couleur jaune et la lampe au mercure une lumière de couleur bleue .
Utilisez maintenant le spectroscope pour regarder ces lampes.
Contrairement à la lampe à filament, le spectre des deux lampes est discontinu . On observe des raies de couleur différentes pour
les deux lampes.
Le spectre d'émission est caractéristique d'un gaz, cela permet de le mettre en évidence.
Utilisation des résultats :
En observant de nouveau les lampes du plafond, pouvez-trouver des similitudes avec l'une des lampes du bureau ?
On remarque qu'en plus du spectre continu de la lumière blanche, on peut observer des raies similaires à celles de la lampe à
vapeur de mercure .
Que peut-on en conclure ?
Comme le spectre d'émission d'un gaz est caractéristique, on peut en déduire que les lampes du plafond contiennent du gaz
mercure . On peut en conclure que l'appellation de néon pour ce type de lampe est abusive !
Spectres d'absorption
Il est également possible d'observer l'influence d'une substance colorée sur le spectre d'une lampe à filament lorsque celle-ci la
traverse.
Manipulation : intercaler entre le réseau et l'écran de votre montage une cuvette d'une solution de permanganate de potassium.
lampe
fente
réseau
Cuvette de
permanganate
écran
ATTENTION : le permanganate de potassium, de couleur violette, peut tacher de façon irréversible vos vêtements, d'où la blouse...
Observations :
Que pouvez-vous observer sur l'écran (ou à l'aide du spectroscope si la lumière est trop faible) ?
La continuité du spectre de la lampe à filament est conservée. On observe en revanche au centre du spectre une zone sombre,
correspondant aux longueurs d'ondes absorbées par le permanganate. Ces longueurs d'ondes se situent approximativement entre
480 et 540 nm, ou encore vont du bleu au vert.
La couleur violette de la solution provient des longueurs d'onde ayant pu traverser la solution.
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