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Spectres de la lumière

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La lumière, une onde électromagnétique

  • Une onde est un phénomène de propagation d’une perturbation sans déplacement de matière.
  • Une onde mécanique est une onde qui nécessite un milieu matériel pour se propager.
  • À l’inverse, les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide à $3,00\times108\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}$. Elles se traduisent par la perturbation d’un champ électrique et magnétique.

Les spectres d’émission et d’absorption

  • La lumière qui regroupe l’ensemble des longueurs d’onde du spectre visible est appelée lumière blanche.
  • On peut la décomposer à l’aide d’un prisme grâce au principe de réfraction : une onde électromagnétique qui passe à travers un nouveau milieu sera déviée, l’angle de déviation étant dépendant de sa longueur d’onde.
  • On dit que la lumière blanche est polychromatique (composée de plusieurs couleurs). Elle se décompose en plusieurs radiations monochromatiques, chacune ayant une longueur d’onde spécifique.
  • Si le spectre lumineux s’étend du violet au rouge sans interruption, on dit qu’il est continu.
  • Si le spectre est discontinu, on parle alors de spectre de raies.
  • Lorsqu’on analyse les radiations émises par un corps chaud on constate que le rayonnement est continu, et que ses propriétés sont dépendantes de la température. Plus la température augmente plus le spectre s’enrichit.
  • On constate également qu’avec l’augmentation de la température, la longueur d’onde de la radiation émise avec la plus grande intensité diminue.
  • Lorsqu’on reproduit l’expérience avec un corps non-chauffé (un gaz à basse pression, que l’on excite à l’aide de décharges électriques), on constate que la lumière émise est très différente : le spectre obtenu est discontinu.
  • Cela signifie que seules certaines longueurs d’onde sont émises. On voit donc apparaître des « traits » lumineux sur le spectre, qui sera donc qualifié de spectre de raies. Chaque gaz émet un spectre de raies caractéristique.
  • On remarque que le spectre d’absorption d’un gaz est complémentaire de son spectre d’émission. On peut donc affirmer qu’une entité chimique ne peut absorber que les radiations qu’elle est capable d’émettre. Par conséquent, les raies d’absorption permettent d’identifier une entité chimique présente dans un gaz.
  • Dans le cas du Soleil : $$\lambda_{max} = 480\ \text{nm}$$
  • Cette valeur permet d’estimer que la température de surface est d’environ 5 700 °C. Les longueurs d’onde absorbées par l’atmosphère permettent de savoir que celle-ci est principalement composée d’hydrogène et d’hélium.