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Accompagnement 1ère S SSoouurrcceess ddee lluummiièèrree ccoolloorrééee
Séance 3
I Les différentes sources
1) Les sources à haute température Incandescence
Tout corps chaud émet des rayonnements. Au début, ces derniers appartiennent aux infrarouges (non visibles) puis, lorsque le corps arrive à une température de 600°C, il se met à émettre dans le visible. Au fur et à mesure complet, vers 1500°C, il émet de la lumière blanche. Ex : soleil, lampes à incandescence, lave, flamme, braise,2) Les corps à basse température Luminescence
Certains gaz, a lumière. Ce
les tubes fluorescents et les lampes fluocompactes. Les DEL (diodes électroluminescentes) émettent de la lumière quand elles sont traversées par un courant. Ex :3) Mono ou polychromatique
Une source de lumière monochromatique émet de la lumière qui ne peut être décomposée
exprimée en m. Ex : laser Une lumière polychromatique est composée par un ensemble plus ou moins important de radiations de Ex : lumière blanche, lampe à vapeurs de mercure Le spectre du visible est limité par deux lumières non visibles : - les Ȝ ; - Ȝ 4)La couleur synthèse
additive II La loi de Wien et les corps à incandescence1) Le corps noir
Le spectre émis est continu et représente toute ou une partie du spectre de la lumière blanche
selon la températurede nouvelles radiations en partant du rouge (basses températures) vers le violet (hautes
n, quand le spectre est complet, vers 1500°C, la lumière est blanche.Les corps incandescents sont décrits par
un modèle théorique, le corps noir, qui a la chauffé sous spectre continu qui ne dépend que de la température. Il suit la loi de Wien.Toutes les radiations du spectre ne sont
pas émises avec la même intensité. ParmiȜmax qui est celle pour laquelle
2) Loi de Wien
Ȝmax et la température T du corps
:Ȝmax x T = A avec A = 2,90.10-3 m.K, Ȝmax en m, T en K, unité légale de températureRelation de conversion : T(K) = T(°C) + 273
3) Exploiter cette loi
chaque radiation lumineuse constituant le spectreȜmax
À savoir-faire : exploiter un profil spectral et appliquer cette loi. III Émission et absorption de lumière pour la luminescenceImportant
À chaque radiation ȜȞ photon transportanténergie : ȞȜ
Le niveau de plus faible énergie est le niveau fondamental, celui où t le plus stable. excité.Le savoir-faire
exprimées en eV. Conversion : ǻǻ-19 car 1 eV = 1,6.10-19 J Un atome (ou un ion) peut absorber ou émettre un photon en respectant la contrainte suivante : entre deux niveaux d3) Absorption
i f i < Ef.ǻf Ei Ȝ Rq : Ef Ei > 0
Da4) Émission
i ergie plus stable Ef i >Efǻf EiȜ Rq : Ef Ei < 0
IV Exercices
Exercice 1 Ȝmax
Trois étoiles de couleurs différentes, jaune, bleu et rouge ont les profils spectraux suivants.
1) Ȝmax
te ?2) Indiquer comment évolue Ȝmax lorsque la température augmente.
3) Associer chacune des étoiles à sa couleur. Expliquer.
4) Classer ces étoiles par température de surface décroissante.
Correction
1) Ȝmax et de T est égale à une constante Ȝmax = cte
2) Comme le produit Ȝmax = A/T Ȝmax diminue et inversement.
3) La couleur de la lumière
étoile. De fait, le specs en partant du rouge vers le violet et la couleur de la lumière va du rouge au blanc, voire au bleu,Dans le premier cas, ensité la plus grande
(dans le rouge et le vert) (R + V = J).Dans le troisième cas,
dans le spectre du v4) Ȝmax(rouge 800 nm) > Ȝmax(jaune) > Ȝmax(bleu 400 nm) donc, grâce à la loi de Wien, il est
: T(rouge 800 nm) < T(jaune) < T(bleu400 nm) car T et Ȝmax évoluent de façon inverse.
Exercice 2 Loi de Wien
Une" lampe halogène" produit de la lumière, comme une lampe à incandescence classique, en portant à haute température un filament de tungstène, mais des gaz halogénés (iode et brome) à haute pression ont été introduits dans l'ampoule à la place du vide. Voici les courbes d'émission de 2 lampes de même puissance électrique : courbe a : classique courbe b : halogèneOn rappelle la loi de Wien :
T x max = A = 2,9.103 K.m avec ș
2) Quelle est la température du filament de la lampe
halogène ?3) Laquelle de ces deux lampes émet le plus de lumière dans le visible? Justifiez votre réponse.
4) Laquelle de ces deux lampes possède le filament le plus chaud ?
5) Quels avantages des lampes halogènes peut-on déduire de cette étude ?
Correction
presque pour une valeur particulière de Ȝ appelée Ȝmax, avec une res du pic (plus rapide dans les faibles longueurs donde).2) Graphiquement, on détermine max = 900nm = 9,0.107m donc, en appliquant la loi de Wien :
T = A / max = 2,9.103 / 9,0.107 = 3,3.103 K
T(°C) = T (K) 273 = 3,0.103 °C
2) Le spectre du visible se situe entre 400 et 800 nm. La lampe halogène émet plus de lumière
dans le visible car ses intensités lumineuses sont plus élevées dans cette partie que la lampe a.
3) La lampe halogène est plus chaude car l'intensité lumineuse maximale est émise pour une
longueur d'onde plus courte (900 nm au lieu de 1200 nm). D'après la loi de Wien, si max
augmente, alors T diminue.4) Les infrarouges mis par un corps sous forme de chaleur
et donc non rayonnée. Comme la lampe halogène émet moins d'énergie dans l'infrarouge etdavantage dans le visible (entre 400 et 800nm), son rendement est meilleur et elle éclaire
davantage pour une même consommation électrique. Enfin, son spectre se rapproche davantage de celui du soleil auquel notre vision est habituée.