Exercice n° 4 de physique atomique, série de travaux dirigés, année 2006, Université Joseph Fourier Grenoble, France
Spectroscopie d’absorption de HCl
2600 2700 2800 2900 3000 3100
0,0 0,1 0,2 0,3
P10
P1 R0
branche P branche R
F.S./ 29/10/96 tp_physa/hcl/hcl.opj
Spectre de HCl
Absorbance
nombre d'onde ( cm-1)
La figure ci-dessus montre le spectre de l’absorbance d’un échantillon de HCl gazeux. Les raies observées correspondent aux transitions entre les niveaux (v’’=0, J’’) et (v’=1, J’) de l’état électronique fondamental de la molécule, où J’’ = 0,1,2...
Les seules transitions permises correspondent aux transition J’=J’’+1 (« branche R
(« branche P »). Ainsi la raie « R0 » correspond à la transition à partir de J’’=0 ; la raie « correspond à une transition à partir de J’’=1.
Les niveaux d’énergie rotationnels de la molécule sont donnés par la formule E(J)=BJ(J+1).
raie est dédoublée à cause de la présence de deux isotopes du Chlore, de masse atomique respective 35 et 37.
1. Quel est le domaine de longueur d’onde correspondant à ce spectre ?
2. Quelle est la fréquence caractéristique de vibration de la molécule HCL dans son état fondame 3. Quel est l’isotope du Chlore le plus abondant, et donner son pourcentage d’abondance
4. A l’équilibre thermodynamique la population N de chaque niveau J’’ est donnée par la formule N(J’’)=Z-1.(2J’’+1).exp[-E(J’’)/kT] où k est la constante de Boltzman (k=0,695cm-1/K). En supposant que la population N(J’’) est proportionnelle à la somme des hauteurs des raies d’absorption P(J’’) et R(J’’) en en déduire une estimation de la température du gaz.
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Exercice n° 5 de physique atomique, série de travaux dirigés, année 2006, Université Joseph Fourier Grenoble, France
Exercice n° 6 de physique atomique, série de travaux dirigés, année 2006, Université Joseph Fourier Grenoble, France
Effet Zeeman
L'état fondamental de l'atome de sodium est caractérisé par une valeur J"=1/2 du nombre quantique associé au moment cinétique, son premier état excité par une valeur J'=1/2 également. Les niveaux d'énergie associés sont notés E" 0 et E'0 respectivement.
En présence d'un champ magnétique statique d'intensité B dirigé suivant l'axe Oz les états propres de l'énergie sont caractérisés par le nombre quantique M associé à la projection du moment cinétique suivant Oz, où M prend les valeurs comprises entre -J et +J par bonds d'une unité. Les niveaux d'énergie associés dépendent de l'intensité du champ suivant l'expression:
E"=E"0+g".µB .B.M" pour les états qui se réduisent à l'état fondamental quand B=0 E'=E'0+g".µB .B.M' pour les états qui se réduisent au premier état excité quand B=0 où g"=1/2 et g'=3/2, µB est le magnéton de Bohr.
Le spectre du rayonnement émis dans la direction Oz par les atomes excités J' se compose de 2 raies (effet Zeeman). Pourquoi? Décrire la polarisation du rayonnement émis dans la direction Oz pour chacune de ces raies.
Donner en fonction de B l'énergie des photons correspondants à chacune de ces deux raies.
Mesure de durée de vie de fluorescence
Une technique de mesure de durée de vie de fluorescence consiste à exciter l’atome ou la molécule par une source modulée à la fréquence angulaire ω et à mesurer le déphasage φ entre la modulation de l’excitation et celle de la fluorescence.
On se donne donc un atome de durée de vie τ, associée à un déclin exponentiel de taux Il est excité par un faisceau d’intensité I=I0cosωt.
Ecrire l’équation cinétique satisfaite par la population Ne du niveau excité en fonction du temps (on suppose la population de l’état fondamental pratiquement constante, et on néglige l’émission stimulée). L’intensité de fluorescence est proportionnelle à Ne. En déduire la relation entre
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