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Des spectres d'émission composés uniquement de raies discrètes et bien apparentés au spectre du rayonnement du corps noir, qui est par définition un corps

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1) DEFINITION : On appelle spectre d'émission le discontinu : c'est un spectre de raies d'émission, constitué de raies colorées sur fond noir A chaque raie

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avec leurs raies d'émission et d'absorption pour finalement étudier le spectre du soleil La longueur d'onde λ est, par définition, la distance parcourue par

Spectres d'absorption : La lumière traverse un échantillon (dans son état fondamental) phénomènes observés (la longueur d'onde des raies d'émission) i Constante Définition : hydrogénoïde = édifice monoatomique possédant un seul

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Définition Onde électromagnétique produite par la décélération d'électrons Auquel se superpose un spectre de raies correspondant à un rayonnement de

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La figure montrant la décomposition de la lumière s'appelle un spectre lumineux raies, on dit que l'on a un spectre de raie ou discontinu 2) Définition :

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Il est vrai que s'y superposent des raies d'absorption: L'allure de corps noir rend compte de l'équilibre thermique global Les raies du spectre rendent compte de

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1

Expériencen°12-SPECTROSCOPIE

Domaine:Optique

LienaveclecoursdePhysiqueGénérale:

Ͳ PhysiqueI,Chapitre13:Ondeélectromagnétique:Lalumière Ͳ PhysiqueII,Chapitre9:Lesondesélectromagnétiques:lalumière.Réflexion,Réfraction Ͳ PhysiqueII,Chapitre10:Dispersionchromatique.Couleurs.Lecielet l'arcͲenͲciel Ͳ PhysiqueII,Chapitre11Ͳ12:Interférencesetdiffraction.Instrumentsd'optiqueetleslasers

Objectifgénéraldel'expérience

l'observationdeleurspectred'émission.

1 Introduction

1.1) Laspectroscopie

ou radiations.Lalongueurd'onde parlarelationc= dépendantdelalongueurd'onde:n=n(). unesourcede cm=10

Ͳ10

m).Cette lalumièreblanchedusoleil 2 lalongueurd'onde[cͲàͲdn=n( l'ordredegrandeurdela

1.2) Spectresderaies

soitcomposéedelongueursd'ondebien 1 ,E 2 ...,E n transitiond'unniveaud'énergieE 2 1 .Bohraétélepremierà différenced'énergiedesniveaux: 21
1EEh , (Eq.1) oùhestlaconstantedePlanck(h=6,626.10

Ͳ34

Lecalculdesniveauxd'énergieE

1 ,E 2 ,Li ,etc.(atomesquinecomportentqu'un secondaires: 22
19 H 22

21.7 10[J]

ZZERhcnn

(Eq.2) aveclesparamètressuivants: R H =1.097ͼ10 7 m Ͳ1 :ConstantedeRydberg h=6.625ͼ10

Ͳ34

Js:ConstantedePlanck

c=2.998ͼ10 8 m/s:Vitessedelalumièredanslevide

Z:Numéroatomique(chargedunoyau)

raiesspectralescorrespondantà n ,E m ).Toutes lestransitionsd'unniveauE n

àunniveauE

m detransitionsinterdites). 3 12 CO 2 13 CO 2 18 O 12 C 16

O,etc)

13 CO 2 12 CO 2 pourla 2 ,H 2 O,CO 2 ,CH 4 ,etc),pourlesquelsdesraies bandescontinues. un relativementsimple(loidePlanck).

1.3) Spectredel'hydrogène

discrètes 19 H 22

1121.7 10[J]

ERhcnn . (Eq.3)

Eélevéàunniveau

Eplusbas,ilémetunphoton

EE E.Ainsi,lesphotonsémisne

H22

111Rmn

. (Eq.4) • LasériedeLymandésigne

• LasériedeBalmerdésignetouteslestransitionsdesétatsexcités(nш3)versl'étatdeniveau

m=2et

• LasériedePaschendésignelasériedetransitionsdesétatsexcités(nш4)versl'étatdeniveau

2 Principegénéraldel'expérience

2.1) Spectromètreàprisme

Ͳ uncollimateurforméd'unefenteFplacéeaufoyerd'unobjectifachromatiqueL(c'estͲàͲdiredont

spectrale);

Ͳ unprismePquidispersepar

Ͳ unobjectifachromatiqueL'formantdanssonplanfocallespectredelalampe,qu'onexamineavec unoculaire0; Ͳ uneéchelle(règlegraduéelumineusevisibledansl'oculaire) permetdemesurerlapositiondes raiesspectrales. lesraiesd'émissionsontconnues.On 5 (a)(b)

2.2) Spectromètreàréseau

Ͳ unefibreoptique,quicollectelalumièreàanalyser;

Ͳ unréseaudediffractionutiliséenréflexion.Unréseaudediffractionestcomposédefentesou

del'ordredelalongueurd'onde).Lorsqu'un utilisé,par Ͳ uncapteurCCD("ChargedCoupledDevice")constituéd'unebarrettelinéairededétecteursen l'ordrede ordinateurparuncâbleUSB.

Ͳ unlogicield'acquisitionOceanView,quipermetdevisualiserlespectredelalumièreémise(c'estͲàͲ

Uneicônepermettantsamiseenroutese

(a)(b) 6

3 Marcheàsuivre

3.1) Observationdedifférentstypesdespectresd'émission(atomique,thermique,etc...)

Spectromètreàprisme:

l'oculaire.

Spectomètreàréseau

COÛTEUX-

visualiserlespectreobtenu.

CommentpouvezͲvousl'expliquer?

Quellesdifférences

précisiondemesureàvotreavis?

3.2) Lampeàvapeurdemercure:étalonnageduspectromètreàprisme

le Ͳ Placerlalampeaumercureenfacedel'entréeduspectromètreetajusterlafocalisationetla Ͳ NotersoigneusementsurlafeuilleExceldecetteexpériencela position(valeursurl'échelle)des rapidementlesraieslesplusintenses. Ͳ Tracersoigneusementlacourbed'étalonnage,c'estͲàͲdirelalongueurd'ondeʄ(enÅ)en pourceladu Ͳ Imprimerlegraphiqueettracermanuellementunecourbedetendance(nonlinéaire)surles points d'onde. Ͳ Comparaisonaveclespectromètreàréseau:placerlafibreoptiquesursonsupportprèsdela 7

3.3) Spectresd'émissiondestubesàdécharge(arc)

3.3.1 Observationdesspectres

H,He,Ne,Ar,N,O.

Spectromètreàprisme

r Mesurerlapositiondesraiessurl'échelleetévaluerleurintensitérelative(qualitativement) Ͳ Utiliserlacourbed'étalonnagepourconvertirlespositionsobservéessurl'échelleenvaleursde longueurd'onde. Ͳ Représenterlesspectrescorrespondantsàlamainsurdu papiermillimétréàpartirdes Ͳ Identifierlescomposantsdestubesàdéchargeencomparantlesspectresobservésavecles Ͳ Comparerlesobservationsfaitesdansl'oculaireaveclesspectresobtenusgrâce aulogicieldu

Spectromètreàréseau

r Placerlafibreoptiquesursonsupportprèsdelalampeàdéchargeàanalyser.Acquérirun avantagesrespectifs?

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