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Page23... Ch2 La lumière des étoiles

Les étoiles :

spectres de raies. les propriétés dépendent de la température. on et comparer ces spectres à celui de la lumière blanche. monochromatique. Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entités chi

Connaître la composition chimique du Soleil.

H IHV VSHŃPUHV G·pPLVVLRQB

1) Le spectroscope.

Pour décomposer la lumière émise par une source lumineuse, on peut utiliser un spectroscope. Le spectroscope est

ŃRQVPLPXp G·XQH IHQPH SMU OMTXHOOH OM OXPLqUH UHQPUH G·XQ SULVPH RX G·XQ UpVHMX

TXL GpŃRPSRVH OM OXPLqUH HP G·XQ

On appelle spectre d'émission le spectre obtenu directement à partir d'une source de lumière.

*réseau : support transparent sur lequel se trouvent des traits parallèles et équidistants opaques.

2) Les spectres continus.

a) Expérience

6L RQ GpŃRPSRVH MYHŃ XQ UpVHMX OM OXPLqUH NOMQŃOH pPLVH SMU OM OMPSH G·XQ UpPURSURÓHŃPHXU RQ RNPLHnt

La lumière blanche est polychromatique. Chaque nuance colorée de son spectre correspond à une radiation

monochromatique. b) Spectre continu et température.

3 6SHŃPUHV GH UMLHV G·pPLVVLRQB

8Q JM] VRXV IMLNOH SUHVVLRQ H[ŃLPp SMU GHV GpŃOMUJHV pOHŃPULTXHV pPHP GHV UMGLMPLRQV OXPLQHXVHV GH ORQJXHXUV G·RQGH

caractéristiques a) Spectre de la lumière émise par une lampe à vapeur de sodium (Na).

GMQV ŃHPPH OMPSH LO \ M GHV MPRPHV GH VRGLXP j O·pPMP JM]HX[ TXL pPHPPHQP GH OM OXPLqUH j OM VXLPH GH GpŃOMUJHV

électriques. Avec le spectroscope (SPID-HR) on peut observer le spectre de la lumière émise. HO V·MJLP G·XQ spectre

GH UMLHV G·pPLVVLRQB Voir ci-dessous le spectre connu du sodium.

4X·RNVHUYH-t-on effectivement avec le SPID-HR ?

b) Spectre de la lumière émise par une lampe à vapeur d'hélium (He).

Cette lampe contient des atomes d'hélium j O·pPMP JM]HX[ TXL pPHPtent la lumière à la suite de décharges électriques.

A quelle longueur d'onde correspond chaque raie ? Compléter le tableau ci-dessous.

Couleur

Longueur

G·RQGH QP

Ń $XPUHV VSHŃPUHV GH UMLHV G·pPLVVLRQ.

Spectre de raies d'émission du strontium

Spectre de raies d'émission du calcium

d) Quelles informations peut-RQ PLUHU GH O·RNVHUYMPLRQ GHV UMLHV G·XQ VSHŃPUH ? Voir le Wiki suivant : http://wiki.scienceamusante.net/index.php?title=Flammes_color%C3%A9es

II Les spectres d'absorption

) Comment est modifié le spectre de la lumière blanche quand celle-ci traverse une solution colorée ?

Dispositif expérimental :

La soXUŃH GH OXPLqUH NOMQŃOH HVP ŃRQVPLPXpH SMU OM OMPSH G·XQ UpPURSURÓHŃPHXUB Deux morceaux de carton placés sur le rétroprojecteur simulent une fente.

8Q UpVHMX HVP XQ V\VPqPH GLVSHUVLI TXL SHUPHP G·RNPHQLU OH VSHŃPUH GH OM OXPLqUH NOMQŃOH TXL OH PUMYHUVH Hn fait deux

VSHŃPUHV V\PpPULTXHV GH SMUP HP G·MXPUH O·LPMJH GH OM IHQPHB Un miroir incliné à 45° permet de visualiser ce spectre sur un mur.

Placez successivement sur le rétroprojecteur les solutions colorées ci-dessous de façon à ce que la lumière blanche

les traverse.

Solution de sirop de menthe :

1- Quelle est la couleur de la solution ?

2- Dessinez le spectre observé.

3- Un tel spectre est qualifié de VSHŃPUH G·MNVRUSPLRQ. Justifiez cette appellation.

4- Quelles sont les radiations absorbées par la solution ?

5- Quelle lumière colorée obtient-on en superposant les radiations absorbées ?

6- Que peut-on dire de la couleur de la solution et de la couleur de la lumière absorbée ?

Solution de permanganate de potassium :

1- Quelle est la couleur de la solution ?

2- Dessinez le spectre observé.

3- Quelles sont les radiations absorbées par la solution ?

4- Quelle lumière colorée obtient-on en superposant les radiations absorbées ?

) Comment est modifié le spectre de la lumière blanche quand celle-ci traverse un gaz froid ? Voir le film suivant : https://www.youtube.com/watch?v=oWNyzM2oN30

GX ŃOORUXUH GH VRGLXP VHO pPp GLVVRXV GMQV GH O·MOŃRRO SXLV OM VROXPLRQ RNPHQXe a été placée dans un bol avec un coton

imbibé puis allumé. La lumière blanche traverse la flamme colorée.

Observez le spectre de la lumière transmise par la flamme (vers 2min20s). Dessinez le spectre obtenu.

Quelle particularité présente ce spectre par rapport à celui de la lumière blanche ? Un tel spectre est appelé VSHŃPUH G·MNVRUSPLRQ de raies. Justifiez cette appellation.

FOMTXH UMLH G·MNVRUSPLRQ HVP ŃMUMŃPpULVp SMU XQ QRPNUH MSSHOpH ORQJXHXU G·RQGH GMQV OH YLGH HP QRPp SMU OM

lettre grecque lambda . Utilisez le logiciel CHROMA (dossier Sciences Physiques du bureau) - Spectres - et

cherchez lM ORQJXHXU G·RQGH de la raie caractéristique du sodium (Na). FRPSMUH] OH VSHŃPUH G·MNVRUSPLRQ GX VRGLXP j VRQ VSHŃPUH G·pPLVVLRQB

Que pouvez-YRXV GLUH GHV ORQJXHXUV G·RQGHV GHV UMLHV G·pPLVVLRQ HP GHV UMLHV G·MNVRUSPLRQ GX VRGLXP ?

III Application des spectres j O·MVPURSO\VLTXH. Comment utiliser la OXPLqUH UHoXH G·XQH pPRLOH SRXU

déterminer certaines de ses caractéristiques ?

1) Etoiles et couleurs.

F·HVP XQH OLVPRLUH GH température j OM VXUIMŃH GH O·MVPUHB IH IHU GMQV OM IRUJH GHYLHQP URXJH TXMQG VM PHPSpUMPXUH

radiations rouges-oranges V·HQULŃOLP GMQV OHV UMGLMPLRQV vertes, bleues puis violettes. Il passe par toutes les couleurs

GH O·MUŃ HQ ŃLHOB 1·LPSRUPH TXHO ŃRUSV SRUPp j XQH PHPSpUMPXUH GRQQpH LQGpSHQGMPPHQP GH VM ŃRPSRsition, prend une

teinte précise.

3RXU OHV pPRLOHV Ń·HVP SMUHLOB La température fixe la couleur, quel que soit le corps URXJH ÓXVTX·j 3000 ƒF ÓMXQH

comme le Soleil à 6000°C, blanche comme Sirius ou Véga à 10 000 °C, bleue comme Spica ou Rigel à 20 000 °C.

LM PMVVH G·Xne étoile détermine sa température. Plus une étoile est massive, plus son noyau central est chaud et plus

VM PHPSpUMPXUH VXSHUILŃLHOOH JULPSHB 3MU H[HPSOH OH ѱXU ÓMXQH GX VROHLO HVP j 1D PLOOLRQV GH GHJUpV FHOVLXV PMQGLV

que celui de la bleue Sirius est à 40 millions de degré Celsius environ. Les grosses étoiles sont bleues, les petites

rouges ou jaunes, du moins au début de leur vie. Rigel

Bételgeuse

IM ŃRQVPHOOMPLRQ G·2ULRQ YXH MX PpOHVŃRSHB

Il y a des étoiles de

toutes les couleurs !

F·HVP XQH OLVPRLUH GH

température à la

VXUIMŃH GH O·MVPUHB

Evolution de la vie des étoiles en fonction de leur couleur

La température y est exprimée en Kelvin (K)

Deux évolutions possibles

8QH IRLV TXH O·pPRLOH M ŃRQVRPPp VRQ O\GURJqQH MX ŃHQPUH HOOH VH ŃRQPUMŃPH HP Ń·HVP XQH QRXYHOOe jeunesse qui

commence. Deux évolutions sont alors possibles :

- SRXU OHV pPRLOHV GH IMLNOH PMVVH ŃRPPH OH 6ROHLO ŃHOM VH PUMGXLP SMU XQH H[SMQVLRQ GH O·pPRLOH TXL V·MŃŃRPSMJQH G·XQ

refroidissement en surface donc un décalage vers le rouge : ce sont les géantes rouges. Puis les couches externes

sont expulsées, formant ainsi des nébuleuses planétaires et laissant une petite étoile naine blanche au centre.

- les étoiles de forte masse comme Rigel, finissent leur vie elles aussi par une forte expansion (super géantes rouges)

mais celle-ŃL VH PHUPLQH SMU XQH JUMQGH H[SORVLRQ TXH O·RQ MSSHOOH VXSHUQRYHM HP TXL OMLVVH GHV ÓROLHV UHVPHV j

Questions :

1- Pourquoi les étoiles ne sont pas toutes de la même couleur ? De quelles couleurs sont les étoiles les plus froides ?

Les plus chaudes ?

2- FRPPHQP pYROXH OH VSHŃPUH G·XQH pPRLOH ORUVTXH VM PHPSpUMPXUH MXJPHQPH ?

3- De quelle grandeur physique PUqV ŃRXUMQPH OM PHPSpUMPXUH G·XQH pPRLOH GpSHQG-elle ? Quelle phrase du texte

O·LQGLTXH ?

4- Quelle est l'étoile la plus massive, Sirius ou le Soleil ? Justifiez.

5- Le Soleil fait-il partie de la famille des " petites étoiles » ou de la famille des " grosses étoiles » ? Justifiez.

6- 2Q SMVVH GHV GHJUpV FHOVLXV MX[ .HOYLQ HQ MÓRXPMQP 273B FMOŃXOH] HQ .HOYLQ OM PHPSpUMPXUH GH VXUIMŃH G·$UŃPXUXVB

7- Les grosses étoiles sont bleues, les petites rouges ou jaunes, du moins au début de leur vie.

QX·HQPHQG-on par " du moins au début de leur vie. » ?

8- 4XHOOH VHUM O·pYROXPLRQ GH OM YLH GX 6ROHLO ?

2) En résumé, compléter les phrases suivantes :

8Q ŃRUSV ŃOMXG pPHP XQ UM\RQQHPHQP POHUPLTXH GRQP OH VSHŃPUH HVP""""""""""""" ŃH VSHŃPUH

contient """"""""""""""""""""""""""B

Un gaz présent dans une lampe ou un néon émet un rayonnement uniquement pour certaines longueurs

G·RQGHV NLHQ SUpŃLVHVB IH VSHŃPUH GH ŃH JM] HVP""""""""""""""""""""""""""

Un élément ou une solution placés sur le trajet de OM OXPLqUH NOMQŃOH """""""""" ŃHUPMLQHV UMGLMPLRQVB

6L RQ GpŃRPSRVH ŃHPPH OXPLqUH NOMQŃOH RQ RNPLHQP XQ VSHŃPUH""""""""""""""""""""""""""B

GMQV OH ŃMV G·XQ pOpPHQPV OHV ORQJXHXUV G·RQGHV GHV UMLHV QRLUHV"""""""""""""""""""""ŃRUUHVSRQGHQP

aux longueurs d·RQGHV GHV """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

Astrophysique ² Le spectre du Soleil

) Description du spectre du Soleil :

On distingue 3 types de spectres OHV VSHŃPUHV G·pPLVVLRQ ŃRQPLQXV OHV VSHŃPUHV G·pPLVVLRQ GH UMLHV HP OHV VSHŃPUHV

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