Les spectres d’absorption
Les spectres d’absorption s’observent une fois que la lumière blanche a traversé un milieu matériel (air, solution liquide…) et sont caractéristiques du milieu traversé.
Par-exemple, lorsque la lumière blanche traverse un filtre, une solution colorée ou un gaz, le spectre de la lumière sortante comporte des bandes noires que l’on appelle des bandes d’absorption. Leur position dans le spectre est caractéristique des espèces chimiques contenues dans la substance traversée.
En outre, lorsque la substance est un gaz porté à basse pression et à basse température, le spectre de la lumière émise est constitué d’un fond coloré et de raies noires dont la position coïncide avec les raies d’émission du même gaz. Autrement dit, le gaz absorbe uniquement les radiations qu’il est capable d’émettre.
Les spectres d’émission
Les spectres d’émission s’observent en décomposant la lumière émise par une source à l’aide d’un système dispersif (prisme, réseau, jet d’eau…). Ils peuvent nous renseigner aussi bien sur la source d’émission, la matière absorbante ou le milieu de propagation des rayonnements.
Principe
Les corps chauds émettent une lumière dont le spectre est continu (exemples : le feu, les braises, une lampe électrique, le Soleil…). Les gaz chauffés à basse pression émettent également de la lumière mais cette fois, le spectre n’est pas continu. On obtient un spectre de raies d’émission. Chaque raie correspond à une entité chimique bien particulière. C’est sa signature spectrale.
Exercice
Donnez la longueur d’onde et la couleur du rayonnement absorbé par le mercure et par le cadmium.
Donnez la longueur d’onde et la couleur du rayonnement émis par le mercure et par le cadmium.
Que peut-on déduire de la relation entre la richesse du spectre et la température de l’objet émetteur ?
L’étude des spectres d’émission trouve des applications en astrophysique. Elle permet notamment de déterminer la composition atmosphérique et la température de surface d’étoiles parfois très lointaines.
1. Quelle est l’étoile la plus chaude ?
2. Plus l’étoile est chaude, plus sa couleur tend vers …….
En fonction de leur longueur d’onde, les rayons lumineux ne sont pas émis en quantité égale. C’est ce que montre le graphique de droite. La couleur des radiations les plus émises détermine la couleur apparente de l’objet.
Il existe une loi qui permet d’estimer la température de surface à partir de la longueur d’onde correspondant au maximum d’intensité. Il s’agit de la loi de Wien. Elle établit que le produit de la longueur d’onde du maximum d’émission et la température de surface est constant, et s’exprime de la manière suivante :
La loi de Wien ne s’applique pas seulement aux étoiles mais aussi à tout corps chauffé émettant un rayonnement. Ce rayonnement n’est pas nécessairement visible. Il peut être infrarouge, ultraviolet, X voire gamma.
3. Estimez la température de chaque étoile à l’aide du graphique de droite, puis en appliquant la loi de Wien.
