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Interaction lumi è re ­ mati è re

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Academic year: 2022

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Cours de Physique – Chimie : Interaction lumière – matière Première S Partie : Observer

Thème : Sources de lumière colorée Chap. IV 

     Interaction lumière ­ matière

Compétences attendues :

• Interpréter les échanges d'énergie entre lumière et matière à l'aide du modèle corpusculaire de la lumière.

• Connaître les relations λ=c

ν et ΔE=hν et les utiliser pour exploiter un diagramme de niveau d'énergie.

• Expliquer les caractéristiques (forme, raies) du spectre solaire.

I. Lumière et énergie

– Pour émettre de la lumière, la matière doit recevoir de l'énergie.

Ex : les piles s'usent lorsque l'on fait fonctionner une lampe de poche.

– A l'inverse, de l'énergie est récupérée lorsque la lumière est absorbée par la matière.

Ex :   la   lumière   du   Soleil   alimente   les   piles   photovoltaïques   des   panneaux   solaires,   chauffe l'atmosphère.

 II. La lumière : onde ou particules ?

1°) Le modèle ondulatoire et son insuffisance

Les   ondes   lumineuses   appartiennent   au   domaine   des   ondes   électromagnétiques :   chaque  radiation lumineuse est caractérisée par sa longueur d'onde dans le vide  .λ

Le  modèle  ondulatoire  de  la  lumière  est  indispensable  pour  étudier  la  propagation  de  la  lumière mais est insuffisant pour décrire les échanges d'énergie entre matière et lumière.

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Cours de Physique – Chimie : Interaction lumière – matière Première S 2°) Le modèle corpusculaire de la lumière

Dans le système international, l'unité de l'énergie est le joule (J).

Les   valeurs   des   énergies   des   atomes   exprimées   en   joule   étant   extrêmement   faibles,   on  utilisera souvent comme unité d'énergie l'électron­volt :

1 eV = 1,60 x 10­19 J 3°) La lumière      : onde et particule   

On peut modéliser la lumière par un déplacement de particules de masse nulle, les photons.

On dit pour cela que la lumière à une structure corpusculaire.

III. Quantification des niveaux d'énergie de la matière 1°) Quantification de l'énergie d'un atome

2 Le diagramme de niveau d'énergie d'un atome  représente les niveaux d'énergie possibles de cet  atome.

L'état de plus basse énergie correspond à l'état  fondamental : 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 (il  a perdu un électron).

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Cours de Physique – Chimie : Interaction lumière – matière Première S 2°) Interaction lumière ­ matière      : émission et absorption   

A un changement d'état d'un atome ou d'un ion correspond l'émission ou l'absorption d'un  photon par cette entité chimique: on parle de transition, symbolisée par une flèche sur un  diagramme d'énergie.

• Absorption d'un photon :

• Emission d'un photon :

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Cours de Physique – Chimie : Interaction lumière – matière Première S IV. Le spectre solaire

L'étude du spectre solaire nous renseigne sur sa température de surface et sur la composition  chimique de son atmosphère.

Doc. 4 Courbe spectrale du Soleil 1°) Température de surface du Soleil

La   surface   solaire   (la   photosphère)   émet   par   incandescence   un   rayonnement   continu  assimilable à celui d'un corps noir dont la température est de l'ordre de 5800 K.

2°) Composition chimique de l'atmosphère de Soleil

Le fond continu du spectre solaire est dû au rayonnement thermique de la photosphère.

Les   entités   chimiques   présentes   dans   l'atmosphère   du   Soleil,   la   chromosphère,   absorbent  sélectivement   certaines   radiations   émises   par   la   photosphère.   L'analyse   du   spectre  d'absorption permet d'identifier les éléments présents dans la chromosphère.

Remarque :  Le spectre solaire observé depuis le sol terrestre contient en outre quelques raies  d'absorption dues à l'atmosphère terrestre.

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