I. OBJECTIFS :
- Tracer la courbe d’étalonnage d’un spectroscope = f() , étant la longueur d’onde d’une radiation émise par la source et étant l’angle lu sur le vernier du spectroscope. - Utiliser la courbe d’étalonnage pour déterminer des longueurs d’ondes de quelques radiations. -Comparer les valeurs obtenues à celles données par les tables et comparer. -Connaître le fonctionnement d’un spectroscope.II. PRINCIPE :
Vous allez, dans un premier temps, observer à l’aide d’un réseau le spectre de la lampe à vapeur de mercure : vous allez retrouver la couleur d’une radiation du spectre pour chacune des longueurs d’onde données et vous noterez l’angle obtenu. Ceci va vous permettre d’obtenir la courbe d’étalonnage.
Puis vous allez visualiser, les uns après les autres, les spectres des lampes à vapeur d’hélium, de cadmium et de sodium et, pour chacun des spectres observés, vous noterez l’angle obtenu pour des radiations bien précises. A l’aide de ces angles et de la courbe d’étalonnage, vous en déduirez les valeurs de chacune des longueurs d’ondes et les comparerez à celles des tables.
III. MANIPULATION :
Le spectroscope étant déjà réglé, placer le réseau (600 traits / mm) sur son support et placer l’ensemble sur l’embase de manière à ce que l’incidence soit approximativement normale.
Attention : une fois mis en place, le réseau ne doit plus être déplacé durant toute la manipulation.
A) Courbe d’étalonnage et lampe à vapeur de mercure :
Ouvrir la fente source et l’éclairer au moyen d’une lampe à vapeur de mercure. Réduire maintenant l’ouverture de la fente pour avoir un faisceau fin.
Observer les différentes raies composant le spectre de cette lampe (d’un côté puis de l’autre. Vous choisirez un côté. Régler la netteté des raies.
Lire la partie concernant la « Lecture au vernier ».
Pour chaque raie, amener le fil vertical du réticule en coïncidence avec la raie.
Lire l’angle sur le vernier et compléter le tableau ci-dessous.
Couleur
(nm) 405 408 436 492 496 546 577 579 623
(°)
1) Tracer la courbe d’étalonnage donnant la variation de la longueur en fonction de l’angle lu sur le vernier en précisant l’échelle utilisée sur une feuille de papier millimétré. Coller la feuille de papier millimétré au dos 2) Comment l'angle varie-t-il en fonction de la longueur d'onde ?
B) Détermination de longueurs d’ondes :
a. Lampe à vapeur d’hélium :
Remplacer la lampe à vapeur de mercure par celle d’hélium.
Observer la raie jaune et la raie bleue la plus intense et noter les 2 angles obtenus.
Retrouver d’après la courbe d’étalonnage les valeurs des 2 longueurs d’ondes et retrouver les valeurs dans les tables. Comparer ces valeurs.
Couleur (°) mesurée (nm) tables (nm) % erreur Jaune
Bleue
b. Lampe à vapeur de cadmium :
Faire de même que précédemment pour la raie verte et la raie bleue (la plus près de la verte) pour la lampe à vapeur de cadmium. Compléter le tableau suivant.
Couleur (°) mesurée (nm) tables (nm) % erreur Verte
Bleue
c. Lampe à vapeur de sodium :
Faire de même que précédemment pour la raie jaune pour la lampe à vapeur de sodium.
Couleur (°) mesurée (nm) tables (nm) % erreur Jaune
Que remarque-t-on à propos de cette raie ?
On prend le 0 de la petite graduation (celle allant de 0 à 30) : on regarde où tombe le 0. On obtient une valeur entière en degrés ou une valeur entière suivie de 30 minutes (‘). Puis on regarde pour cette petite graduation lequel de ces traits est aligné avec un trait de la grande graduation. On obtient alors le nombre de minutes qu’il faut ajouté à la valeur de départ.
Exemple 1 :
Le 0 de la petite graduation tombe entre 305 ° et 305° 30’. On prend donc la valeur la plus petite : 305 °. Puis, le trait 16 est pile en face d’un trait de la grande graduation.
Par conséquent, on rajoute 16’ à 305 ° : on a donc un angle de 305° 16’ qu’il faut ensuite convertir en °. On divise les 16’ par 60 et on obtient 0,27° . Au final, l’angle est donc de 305,27°.
Exemple 2 :
Le 0 de la petite graduation tombe entre 305 ° 30’ et 306°. On prend donc la valeur la plus petite : 305° 30’.
Puis, le trait 21 est pile en face d’un trait de la grande graduation.
Par conséquent, on rajoute 21’ à 305° 30’ : on a donc un angle de 305° 51’ qu’il faut ensuite convertir en °. On divise les 51’ par 60 et on obtient 0,85° . Au final, l’angle est donc de 305,85°.
Tables des longueurs d’onde de différentes lampes à vapeur dans le spectre visible (en nm) :
Les raies les plus intenses sont en chiffres gras.
Argon
394,7 394,9 404,4 415,9 416,4 418,2 419,1 419,8 420,1 425,9 426,6
427,2 430,0 433,4 434,5 451,1 459,6 462,8 470,2 549,6 565,1 591,2
Azote
411,0 415,1 435,8 493,5 556,0 556,4
600,8 648,3 648,5 664,5 672,3 673,3
Baryum
553,6 614,2 659,5
706,0
728,0
Cadmium
480,0 508,6 643,8
Césium
455,5 459,3658,7
672,3
697,3
Hélium
388,9 447,1587,6
667,8 706,5
Magnésium
516,7 517,3 518,4Lithium
460,3 497,2 610,4 670,8Mercure
(raies 577,0 et 579,1 : doublet jaune)
404,7 407,8 435,8 491,6 496,0
546,1 577,0 579,1 623,4 690,7
Néon
453,8 470,4 470,9 471,0 471,2 471,5 475,3 482,7 488,5 495,7 534,1 540,1 585,2
588,2 603,0 607,4 614,3 616,4 621,7 626,6 633,4 638,3 640,2 650,7 659,9 692,9
Oxygène
436,8 496,9 532,9 533,0 533,1 543,6 543,7
555,5 595,9 604,6 615,8 645,5 645,6 672,1
Potassium
404,4 404,7 693,9
766,5 769,9
Sodium
449,4 449,8 454,2 454,5
568,8 589,0 (D1) 589,6 (D2)
819,5
Rubidium
420,2 421,6 629,8Thallium
377,6 535,0 655,0 671,4Xénon
446,2 452,3 462,4 467,1 473,4 480,7
491,7 492,3 582,4 618,2 631,8 687,2
Zinc
468,0 472,2 481,1
518,2 636,2
