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.
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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.
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• 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).
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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.
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