[PDF] chapitre 4 Interaction lumière-matière – Séance 2 1 Quel est le lien

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Physique-Chimie - Première partie - Images et couleurs - chapitre 4

Interaction lumière-matière - Séance 21Quel est le lien en treraies sp ectraleset énergie de l"atome ?

1.1 Le photon Depuis les travaux d"AlbertEinsteinpubliés en 1905, on considère que la lumière est constituées de corpuscules, les photons. On parle demodèle corpusculaire. L"énergie de la lumière est transportée par desphotons. Chaque photon transport unquantum d"énergie, c"est- à-dire la plus petite unité d"énergie pouvant être échangée. Cette énergie, pour un photon de fréquence(ou de lon- gueur d"onde dans le vide), vaut :

E=h=hc

avech=6;631034Jspour la constante de Planck et c=3;00108ms1pour la célérité de la lumière dans le vide.

Les valeurs des énergies des atomes expri-

mées en joule (J) étant extrêmement faibles, on utilisera comme unité d"énergie l"électron- volt (symbole eV) : 1 eV=1,60210-19J.1.2Quan tificationde l"énergie des atomes Fig. 1 -Diagramme de niveaux d"énergie de l"atome d"hydrogène. Comme l"a postulé NielsBohren 1913, l"énergie d"un atome ne peut prendre que certaines valeurs.

Un atome ne peut exister que dans des états

bien définis, chaque état étant caractérisé par un niveau d"énergie. On dit que l"énergie d"un atome estquantifiée. Lediagramme de niveaux d"énergie(figure 1) d"un atome représente les niveaux d"énergie possibles de cet atome. L"état de plus basse énergie correspond à l"état fonda- mental : c"est l"état stable de l"atome. Les autres états, d"énergie supérieure, sont qualifiés d"états excités. Il en existe une infinité. Dans l"état d"énergie nulle, l"atome est ionisé. 1.3

Émission de lumière

Lors de la séance 1 du chapitre 4, figure 4 du docu- ment 2 de la section 3 de la page 4 (soyons précis!), on a quatre raies spectrales d"émission pour l"hydrogène. N"est-ce pas cocasse? Chaque raie correspond à une tran- sition au cours de laquelle l"énergie de l"atome diminue dejEj=jEpEnj.Fig. 2 -Transition énergétique avec émission d"un photon.

Au cours d"une transition d"un niveau à un

niveau inférieur, l"énergie de l"atome diminue dejEj. L"atome émet alors un photon de même énergie. Cela se traduit par l"émission d"une radiation de longueur d"onde dans le videtelle que : jEj=h=hc Chapitre 4 P.-M.Chaurand- Page 1 sur 4 Séance 2

1.4Mon to utpremier exemple (émotion !)

Fig. 3 -Transition énergétique

pour l"atome de lithium.Au cours de la transition du niveau

4 au niveau 1, l"énergie de l"atome

de lithium diminue dejE4E1j.

Cela correspond à une raie d"émis-

sion de couleur rouge et de longueur d"onde dans le vide= 612 nm.

Sauriez-vous retrouver cette valeur

depar le calcul? 2 Correction de la section 3 du c hapitre4 séance 1 page 4 - A tomeset phot ons g.Discrète. h.L"atome perd de l"énergie, son énergie diminue. i . E=hc

E=6;6310343;00108656;3109

E= 3;031019J

Cette énergie étant extrêmement faible, on l"exprime en électron-volt. Pour passer des joules aux électron- volts, on divise par la valeur d"un électron-volt en joule :E=3;0310191;6021019= 1;89 eV j . Voyez le diagramme de niveaux d"énergie de l"atome d"hydrogène en figure 1 ci-dessus : il s"agit du pas- sage du niveau d"énergieE2=1;51 eVau niveau d"énergieE1=3;40 eV: jE2E1j= 3;41;51 = 1;89 eV k. Les longueurs d"onde sont distribuées de façon dis- continue car chaque longueur d"onde correspond à un changement de niveau d"énergie de l"atome. Cela est bien conforme à l"hypothèse deBohrde quantication des niveaux d"énergie de l"atome. 3

Exercices du c hapitre4

4.1N o2 p. 66 - Des calculs 4.2N o6 p. 66 - Radiothérapie4.3N o12 p. 67 - Spectre Hg 4.4N o15 p. 66 - Un timbre4.5N o16 p. 68 - Soleil 4.6N o18 p. 68 - Fraunhofer

Chers élèves,

Il semblerait que la date du conseil de classe du premier trimestre soit fixée au mardi 5 décembre. Dans l"attente fébrile de ces joyeuses agapes, nous terminerons ce merveilleux premier trimestre par un sympathique devoir surveillé le jeudi 23 novembre, sur les chapitres 4, 5 et 6. Et promis, cette fois-ci, je n"oublie pas la loi de Wien du chapitre 2. Dans l"attente de ces réjouissances partagées, je vous souhaite d"excel- lentes vacances de Toussaint! P.-M.ChaurandChapitre 4 P.-M.Chaurand- Page 2 sur 4 Séance 2

4Correction des exercices du c hapitre3 (fin)

3.9N o1 p. 24 : QCM 1. b. etc.: représentation simplifiée et idéalisée. 2. b. : l"image doit se former sur la rétine. 3. c. : la pupille est l"ouverture. 4. a. : lors de l"accomodation, le cristallin se déforme. 3.10N o2 p. 24 : Constitution de l"oeil réel 1.

1 correspond àb: le cristallin;

2correspond àa: la rétine;

3correspond àc: l"iris (et non la pupille!).

2.L"image doit se former sur la rétine pour être vue de

façon nette. 3.11N o18 p. 26 : Relation de grandissement 1.

Le grandissement

d"un système optique est le rap- port de la grandeurA

0B0de l"image sur la grandeurABde l"objet :

=A 0B0AB 2.

Le grandissement

est aussi lié aux positions de l"ob- jetOAet de l"imageOA

0par rapport au centre O de

la lentille : =OA 0OA 3. a . =A 0B0AB =1;02;0=0;50

Image deux fois plus petite, renversée.

=OA 0OA ,OA 0= OA OA

0=0;50(30)OA

0= 15 cm

Image réelle, projetable sur un écran.

b. =A 0B0AB ,A 0B0= AB A

0B0= 21;5A

0B0= 3;0 cm

Image droite, plus grande que l"objet.

=OA 0OA ,OA 0= OA OA

0= 2(5;0)OA

0=10 cm

Image virtuelle, non projetable sur un écran.

c. =A 0B0AB ,A 0B0= AB A

0B0=12;0A

0B0=2;0 cm

Image renversée, de même taille que l"objet (mon- tage des4f). =OA 0OA ,OA =OA 0 OA =

201OA =20 cm

Objet réel.

d. =OA 0OA =5012;5=4;0 =A 0B0AB ,AB =A 0B0 AB =

4;84AB = 1;2 cmABA

0B0 OAOA 0 en cm en cm en cm en cma

2,0 -1,0-1,2-3015

b

1,53,02 -5,0-10

c

2,0-2,0-1-2020

d

1,2-4,8-4-12,5 504.-

L"image et l"objet sont dans le même sens dans le cas(b)( >0);

L"image est plus grande que l"objet dans les cas

(b)et(d)(j j>1);

L"image est réelle dans les cas(a),(c)et(d)

(OA

0>0).Chapitre 4 P.-M.Chaurand- Page 3 sur 4 Séance 2

3.12N o19 p. 26 : Rétroprojecteur? 1. a .Formule de conjugaison des lentilles : 1OA 01OA =1OF 0 1OA =1OA 01OF 0 ,OA = 11 OA 01OF 0 b.Application numérique :OA = 11

3;010;25=0;27 m =27 cm

2. a .Grandissement =OA 0OA =3;00:27=11 b. <0. c.L"image est renversée par rapport à l"objet. 3. a .À partir de l"expression du grandissement : =A 0B0AB =OA 0OA ,A

0B0=OA

0AB OA b.Application numérique :A

0B0=3;00;010;27=0;11 m =11 cm

3.13N o26 p. 28 : L"appareil photographique 1. a .Objet au PR à l"infini :OA

1! 1etOA

0=quotesdbs_dbs45.pdfusesText_45

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