Propagation de la lumière

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Propagation de la lumière

I. La lumière blancheI.1. Décomposition par un prisme

En faisant l’expérience de faire traverser un prisme à de la lumière blanche, on se rend compte que la lumière blanche se transforme à la sortie en un genre d’arc-en-ciel coloré : c’est le phénomène de dispersion de la lumière.

En fait, lors de la traversée du prisme la lumière subit deux réfractions successives et chaque « couleur » est déviée d’un angle différent, et on observe alors le spectre de la lumière blanche.

I.2. Longueur d’onde

Chaque onde électromagnétique (comme la lumière) est caractérisé dans le vide par une grandeur appelée longueur d’onde. Cette longueur d’onde est caractéristique d’une radiation que l’on qualifie alors de monochromatique (une seule « couleur »). Cette grandeur s’exprime en mètre (m) et l’œil humain n’est sensible qu’aux radiations entre 400 et 800nm (c’est le domaine du visible) :

Cours de Seconde_Physique-chimie_Ondes et signaux_Chap3 : Propagation de la lumière

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Exercice 1 : On regroupe dans le tableau suivant des valeurs d’indice de réfraction pour l’air et deux types de verres différents. Ces indices sont donnés pour plusieurs radiations différentes.

1. Un milieu est dit dispersif si son indice de réfraction dépend de la longueur d’onde de la radiation lumineuse qui le traverse. Quels sont les milieux dispersifparmi les milieux proposés ?

2. Lequel est le plus dispersif ?

Exercice 2 : Pour chacun des spectres proposés, dire si la lumière est de nature polychromatique ou monochromatique

Exercice 3 (*): 1. Nommer le phénomène optique qui se produit lors de la traversée d’un prisme

par une radiation lumineuse2. Grâce aux documents fournis ci-dessous, classer les indices optiques suivants

dans l’ordre croissant : n400 nm ; n600 nm et n800 nm


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II. Spectre continus thermiques

Tout corps émet un rayonnement électromagnétique. Toutefois, lorsque la température est suffisamment élevée, un corps peut émettre de la lumière visible. Plus la température de surface d’un corps augmente, plus le maximum d’intensité lumineuse se déplace vers des ondes courtes (de faibles longueurs d’ondes)

Ici le fer est chauffé, et instinctivement onsait que la partie la plus chaude est la partiecentrale, qui émet de la lumière jaune alors queles parties périphériques qui émettent de lalumière orange puis rouge sont de moins enmoins chaude (attention les doigts tout demême!)

Sur un spectre, on observe plutôt ceci :

.

Remarque : Certaines parties du spectre apparaissent en noir, cela traduit simplementune intensité lumineuse nulle pour ces radiations.

Exercice 4 : Un corps chaud émet initialement une lumière bleutée. En refroidissant, celui-ci change de couleur jusqu’à ne plus émettre aucune radiation visible.Décrire l’évolution de la couleur perçue de ce corps.

Exercice 5 : Lorsqu’on allume une gazinière, on observeparfois plusieurs couleurs de flamme. Expliquer lephénomène.

Exercice 6 : On donne ici l’intensité lumineuse de chacune des radiations provenant d’une étoile.

1. Pour quelle longueur d’onde (en nm) l’intensité maximale est-elle atteinte ?


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2. Cette étoile mérite-t-elle le surnom de supergéante rouge ?

Exercice 7(*) : Wilhlem Wien, prix Nobel de physique en 1911 propose une loi reliant température de la surface d’une étoile et son émission de lumière :

λmax∗T=σoù λ max correspond à la longueur d’onde du maximum d’intensité lumineuse émise en mètre, T la température du corps chaud en Kelvin et σ est la constante de Wien.Le profil suivant correspond à l’évolution de l’intensité lumineuse émise par le Soleil enfonction de la longueur d’onde des radiations émises par celui-ci :

Déterminer la température en °C à la surface du Soleil


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III. Spectre de raies d’émission

Lorsqu’on excite un gaz par une tension électrique, il émet des radiations que l’on peut décomposer grâce à un prisme. Le spectre obtenu est appelé spectre d’émission du gaz. Ce spectre est discontinu, on observe des raies comme sur le spectre d’émission de l’hélium proposé ici :

Chaque raie est caractérisée par une longueur d’onde et chaque élément chimique est caractérisé par son spectre d’émission

Exercice 8 : On donne le spectre de raies suivant :

Les raies caractéristiques du Zinc ont pour longueur d’onde:475 nm, 481 nm, 518 nm et 636nm. En justifiant votre réponse de manière quantitative, dire si le spectre proposé peut être celui du Zinc.

Exercice 9 : On présente ici le spectre d’émission d’une lampe spectrale.

1. Parmi les couples d’affirmation suivante, entourer celle qui est correctea) Couple 1 : Il s’agit d’un spectre discontinu/ Il s’agit d’un spectre continub) Couple 2 : La lumière obtenue est monochromatique/ La lumière obtenue

est polychromatique


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2. On donne dans le tableau suivant les principales raies d’émissions pour 4 éléments chimiques. En analysant les données et en expliquant votre résultat, donner la composition de la lampe utilisée.


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