Tp 11 Spectroscopie a Reseau

5/9/2018 Tp 11 Spectroscopie a Reseau - slidepdf.com

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T.P 11 : SPECTROSCOPIE À RÉSEAU (T.P COURS)

Lire et amener l’annexe aux T.P : « réglage du goniomètre »

Objectifs :• Pour le premier T.P, les réglages mécaniques (partie 3 de l’annexe « réglages du goniomètre ») sont déjà réalisés afin

que toute votre attention porte sur les réglages optiques. Il faut donc parfaitement savoir faire les réglages optiques :(i) réglage de l’oculaire de la lunette afin d’observer nettement le réticule ;(ii) réglage de l’objectif de la lunette afin de d’observer nettement le réticule et un objet à l’infini ;(iii) réglage du tirage du collimateur afin de placer la fente source à l’infini.• savoir placer un réseau sous incidence normale.• savoir faire une lecture précise sur un vernier.

Notions à dominer :• autocollimation.• réseaux de fentes fines sous incidence normale et au minimum de déviation.

1. RÉSEAU SOUS INCIDENCE NORMALE

Le réseau est une plaque transparente comportant un très grand nombre de traits fins, parallèles et équidistants. On désigne par a la

distance entre deux traits voisins et an

1= le nombre de traits par unité de longueur. Lorsque le réseau est éclairé par une onde plane

monochromatique de longueur d’onde λ sous l’angle d’incidence i, on observe par transmission un maximum principal de lumière àl’infini pour les directions repérées par l’angle i ′ telles que la différence de marche δ entre deux rayons voisins soit égale à unmultiple entier de la longueur d’onde : λ=−′=δ k iia )sin(sin avec Z∈k , où k représente l’ordre du spectre. On a donc

a

k ii

λ+=′ sinsin

1.1 Mise en incidence normale1) Régler le goniomètre comme indiqué dans l’annexe « réglages du

goniomètre ». Les réglages mécaniques (partie 3 de l’annexe) sont déjàréalisés. Ils seront étudiés lors du T.P de révision pour les oraux.

2) Mettre hors service la lame semi-réfléchissante de la lunette.3) Repérer l’image de la fente du collimateur. La rendre assez fine.Bloquer la lunette dans cette position, et, à l’aide de la vis micrométriquede déplacement latéral de la lunette, faire coïncider l’image de la fente et lefil vertical du réticule. Les axes de la lunette et du collimateur sont alorsconfondus.

4) Fermer délicatement la fente du collimateur.5) Placer le réseau sur la platine (partie creuse vers le collimateur) de

façon à ce que son plan soit orthogonal à l’axe 2V — 3V .

6) Mettre en service la lame semi-réfléchissante. Bloquer le plateau, et,à l’aide de la vis micrométrique de déplacement latéral du plateau, fairecoïncider l’image par réflexion (de mauvaise qualité !) sur le réseau du fil

vertical du réticule avec le fil vertical du réticule. On rend ainsi le réseauperpendiculaire à l’axe de la lunette donc à celui du collimateur et aufaisceau incident.

7) À l’aide des vis 2V et 3V de réglage de l’horizontalité du plateau,

faire coïncider l’image par réflexion sur le réseau du fil horizontal du réticule avec le fil horizontal du réticule. Si l’image est de tropmauvaise qualité, on se contentera de centrer la plage lumineuse dans le champ de la lunette. On fixe ainsi le plan du réseau demanière à ce qu’il contienne l’axe du plateau.

8) Ouvrir alors la fente du collimateur, la rendre fine, et mettre hors service la lame semi-réfléchissante.

Le réglage précédent étant effectué, ne plus toucher à la vis de blocage du plateau, tant que l’on veut utiliser le réseau sousincidence normale, ni aux vis de réglage de l’horizontalité du plateau.

lampe

fente

i

D

collimateur

plateau

réseaulunette

i′



1.2 Mesure du nombre de traits par unité de longueur1) Débloquer et déplacer la lunette de visée pour observer le spectre de la lampe à vapeur de

mercure. Observer l’ordre 0, l’ordre 1 et l’ordre 2.2) Pour pointer une raie, bloquer la lunette, et, à l’aide de la vis micrométrique de déplacement

latéral du plateau, faire coïncider la raie avec le fil vertical du réticule.Les lectures des angles s’effectuent directement à l’aide du vernier avec une précision de 1’ d’angle.Pour utiliser au mieux la précision de l’appareil, on mesurera les angles symétriques

−′i et

+′i , et on

en déduira2

−+′−′

=′ii

i .

Mesures : Repérer les positions de quelques raies intenses de la lampe à vapeur de mercure dans le spectre d’ordre 1. En déduire lavaleur moyenne du nombre de traits par unité de longueur du réseau utilisé (le réseau est indiqué à 570 traits par mm) :

aits/mmtr =n .

remarque : si la lampe utilisée est une lampe cadmium-mercure d’autres raies apparaissent, qui correspondent au cadmium. On peutalors aussi utiliser la raie rouge (très intense) du cadmium.

λ(nm) couleur +′i (°)

−′i (°)

2−+′−′

=′ii

i )(mmsin 1-

λ

′i

404,7 violet

435,8 indigo546,1 vert

577,0 jaune

Principales raies de la lampe à vapeur de mercure et de cadmium :

6 4 3 ,

8

5 0 8 ,

6

4 6 7 ,

8

vert rouge

(nm)λ

4 8 0 ,

0

bleubleu

4 0 4 , 7

6 2 3 ,

4

5 7 9 , 1

5 7 7 , 0

5 4 6 , 1

4 9 1 ,

6

4 3 5 ,

8

4 0 7 , 8

violet indigo bleu-vert vert jaune rouge

(nm)λ

mercure

cadmium

(Q1) Déterminer l’incertitude de mesure sur n. Présenter la valeur mesurée de n en tenant compte de cette incertitude.

2. MÉTHODE DU MINIMUM DE DÉVIATIONOn applique ici cette méthode pour mesurer des longueurs d’onde par comparaison

1) Débloquer le plateau. Faire tourner le plateau et suivre avec la lunette une raie donnée dans un spectre d’ordre donné : onprendra la raie de longueur d’onde nm0,5770 =λ du doublet jaune du mercure dans le spectre d’ordre 1. Constater que l’angle de

déviation ii D −′= passe par un minimum min D .

(Q2) Montrer que pour ce minimum, on a ii −=′ et quea

k D λ

=2

sin2 min .

2) Pointer dans le spectre d’ordre 1, la position de la lunette +θ0 au minimum de déviation de la raie de longueur d’onde

nm0,5770 =λ du doublet jaune du mercure. Bloquer la position de la lunette pour ce minimum et faire tourner le plateau pour voir la

raie suivie venir juste au niveau du fil du réticule au minimum de déviation, sinon ajuster la position de la lunette avec la vismicrométrique de déplacement latéral de la lunette (réglage fin).

3) Répéter cette opération pour une position symétrique du réseau et de la lunette par rapport à l’axe du faisceau incident et

pointer, dans le spectre d’ordre 1− , la position de la lunette −θ0 au minimum de déviation de cette même raie.

faisceauincident

réseau

1−=k 1=k

0=i

−′i +

′i

i′2



Mesures : 0 =θ+ 0 =θ

− 2

00

0min =

θ−θ

=

−+

D

4) Éteindre la lampe à vapeur de mercure et allumer celle à vapeur de sodium ( il faut attendre quelques minutes pour qu’elleémette des raies suffisamment intenses ; ne jamais chercher à rallumer une lampe qui vient d’être éteinte).À partir de la valeur connue nm0,5770 =λ d’une des raies jaunes du mercure, on peut recommencer les mesures, dans le spectre

d’ordre 1, pour les deux raies jaunes du sodium, et déterminer par comparaison, leurs longueur d’onde 1λ et 2λ à l’aide de la formule

λ=λ

2sin

2sin

0min

min

0 D

D

Mesures :

1 =θ+ 1 =θ

− 2

11

1min =

θ−θ

=

−+

D nm 1 =λ

2 =θ+ 2 =θ

− 2

22

2min =

θ−θ

=

−+

D nm 2 =λ

Comparer aux valeurs connues nm0,5891 =λ et nm6,5892 =λ .

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