Chapitre 15 : Analyse spectrale des ondes lumineuses (avec exercices)

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C ^HAPITRE 15 : A ^NALYSE

SPECTRALE DES ONDES LUMINEUSES

I. La lumière, une onde électromagnétique

La vitesse des ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques dont la lumière visible fait partie, se propagent toutes à la même vitesse dans le vide (ou dans l’air). Cette vitesse, notée 𝑐, a pour valeur exacte 𝑐 = 299 792 458 𝑚. 𝑠⁻¹. On retiendra plus aisément la valeur arrondie :

𝑐 = 3,00 × 10⁸ 𝑚. 𝑠⁻¹

A. Le domaine du visible

Pour différencier les différentes ondes électromagnétiques, on les repère à l’aide d’une grandeur : la longueur d’onde, notée 𝜆 (lambda), exprimée couramment en nanomètres.

Seule une petite partie des ondes électromagnétiques peut être perçue par l’œil humain : c’est la lumière visible. Le domaine de la lumière visible se situe entre 400 𝑛𝑚 et 800 𝑛𝑚.

A chaque longueur d’onde comprise dans cet intervalle est associée une radiation monochromatique ou, plus simplement, une couleur.

II. La production de lumière

A. La production par un corps chaud

Tout corps émet des ondes électromagnétiques.

Toutefois, lorsque la température est suffisamment élevée, ce corps peut émettre de la lumière visible.

La lumière produite par un corps chaud est constituée d’une infinité de couleurs, d’intensité plus ou moins importante : le spectre d’émission d’un corps chaud est un spectre continu.

FIGURE 1:PREMIER SPECTRE A 4000°C, LE DEUXIEME A 7 000°C.

Plus la température de surface d’un corps augmente, plus son maximum d’intensité lumineuse émise se déplace vers les courtes longueurs d’ondes.

B. La production par une entité chimique

Une entité chimique excitée peut émettre de la lumière constituée de radiations monochromatiques.

Contrairement à un corps chaud, le spectre obtenu n’est pas continu : le spectre d’émission d’une entité chimique est un spectre d’émission de raies.

Une entité chimique non excitée peut absorber ces mêmes radiations lorsque de la lumière la traverse.

Cette propriété est mise à profit pour déterminer la composition des atmosphères d’étoiles.

Les raies d’émission ou d’absorption sont caractéristiques d’une seule et même entité chimique.

FIGURE 2:SPECTRE D'EMISSION (A) ET D'ABSORPTION (B)

DE L'ATOME D'HYDROGENE

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Chapitre 15 : Analyse spectrale des ondes lumineuses | 14/03/2020

Vocabulaire

 Spectres d’absorption : spectre caractérisé par des raies sombres sur un fond coloré.

 Spectre d’émission : spectre caractérisé par des raies colorées sur un fond noir.

Chapitre 15 : Analyse spectrale des ondes lumineuses (avec exercices)