💡 Spectres d'émission et d'absorption
Chaque élément chimique a son code-barres lumineux, et personne ne peut le falsifier ! Allume des lampes à décharge, fais traverser un gaz par de la lumière blanche, puis joue les détectives : quel gaz se cache dans la boîte, et de quoi est faite l'atmosphère d'une étoile que tu ne visiteras jamais ?
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Une lampe à décharge (gaz excité par une tension électrique) donne un spectre de raies d'émission : quelques raies colorées sur fond noir, toujours aux mêmes longueurs d'onde pour un élément donné.
- La lampe à incandescence donne un spectre continu : un corps chaud émet toutes les radiations. Son violet est faible car le filament (≈ 2 800 K) n'est pas assez chaud.
- Quand la lumière blanche traverse un gaz, des raies noires d'absorption apparaissent : elles tombent exactement aux longueurs d'onde des raies que ce gaz sait émettre (589 nm pour le sodium).
- Le spectre d'une étoile est continu, creusé de raies noires : ce sont les atomes de son atmosphère qui absorbent. En les comparant aux spectres de référence, on identifie les éléments présents.
- Deux éléments n'ont jamais toutes leurs raies en commun : c'est ce qui permet de les reconnaître, même à des années-lumière.
Expériences à faire
- Combien de raies visibles compte le spectre de l'hydrogène ? Quelle est la plus intense ? Choisis ensuite ✏️ Mon gaz et tape les raies d'un autre élément de ton livre (lithium : 610,4 ; 670,8).
- Pourquoi les lampes de rue au sodium donnent-elles une lumière aussi jaune ? Regarde leur spectre !
- Place le réticule sur la raie verte du mercure : quelle est son énergie en électronvolts ?
- Hélium et néon ont tous deux une raie vers 668 nm : comment les distinguer quand même ?
- Une étoile très chaude et une étoile orangée montrent-elles les mêmes raies d'absorption ? Avec la lampe à incandescence, change la température du corps chaud : quand le violet devient-il aussi brillant que le rouge ?
La physique derrière l'animation
- Un atome ne peut émettre ou absorber que des photons d'énergie bien précise, égale à l'écart entre deux de ses niveaux d'énergie : ΔE = h × ν = h × c / λ, avec h = 6,63 × 10−34 J·s et c = 3,00 × 108 m/s.
- Raies principales (en nm, dans l'air) : hydrogène 410, 434, 486, 656 ; hélium 447, 588, 668, 707 ; sodium 589,0 et 589,6 (doublet jaune) ; mercure 405, 436, 546, 577, 579 ; néon 585, 640, 703 et beaucoup d'autres raies orange et rouges.
- Un gaz absorbe les radiations qu'il est capable d'émettre : raies d'absorption et raies d'émission d'un même élément ont les mêmes longueurs d'onde. (Modèle simplifié de l'animation : en réalité, un gaz froid n'absorbe que certaines raies, comme le doublet du sodium.)
- Un corps dense et chaud (filament, surface d'une étoile) émet un spectre continu, d'autant plus riche en bleu que sa température est élevée (loi de Wien).
- Le spectre d'une étoile est un spectre continu sur lequel se superposent les raies d'absorption des entités chimiques de son atmosphère. Sur le dessin, seules les raies de H, He et Na sont représentées.
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