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Atelier: étude des différentes sources lumineuses à l'aide d'un spectroscope

 1ere Partie: Analyse de différentes lampes

  

    Premièrement, les élèves doivent regarder le plus possible de sources lumineuses comme les lampes halogènes, le soleil, les lampes à vapeur de  mercure, les lampes à économie d'énergie, etc... Ils observeront des spectres très différents les uns des autres. Ils doivent prendre des notes c 'est-à-dire soit les retracer sur une feuille ou bien s'ils ont accès à un appareil photo numérique (ce qui prendra nettement plus de temps mais c'est aussi très interessant), ils peuvent mettre derrière leur spectroscope un appareil photo pour prendre en photo le spectre, ils pourront alors travailler directement dessus.

    Nous vous proposons d'imprimer ce spectre continu et d'en distribuer plusieurs exemplaires par élève pour qu'ils puissent tracer dessus les spectres qu'ils vont observer, c'est-à-dire tracer la ligne rouge au bon endroit sur le spectre, ce sera nettement plus facile pour la suite de l'exercice car ils devront analyser précisément chaque ligne. En résumé :

 1. Ils doivent regarder toutes sortes de sources lumineuses.

 2. Ils doivent tracer les lignes des spectres pour chaque lumière observée sur ce spectre continu que vous auvez  imprimé auparavant.

 

 

spectre continu spectre continu

  

télécharger ce spectre continu 

    Nous vous proposons un petit complément qui n'est pas utile dans la suite du TP. Nous avons pris des photos des spectres des lampes qui se trouvaient autour de nous et nous vous proposons d'essayer de voir à quelles lampes ils correspondent. Est-ce que vous avez observé avec votre spectoscope des spectres semblables à ceux-là? Si oui, vous pouvez alors nous dire à quelles sont les lampes que nous avons regardé ?

 

halogène
Spectre n°1
 
modern fluorescent lamp
Spectre n°2
 
old fluorescent lamp
Spectre n°3
 
 
 
  lampe economie denergie
Spectre n°4

 

     Le spectre n°1 correspond à une lampe halogène.
     Le spectre n°2 correspond à une moderne lampe fluorescente.
     Le spectre n°3 correspond à une lampe vieille lampe fluorescente.
     Le spectre correspond à une lampe à économie d'énergie.
 
 Pour réaliser ces photos, Nous avons mis un appareil photo numérique sur un trépied derrière le réseau de diffraction du spectroscope qui est lui aussi posé sur un trépied.Nous pouvon sle voir sur la photo:
 
photo spectroscope + appareil photo
spectroscope avec un appareil photo
 
     Il faut faire attention à ce qu'il n'y ait pas de lumière extèrieure qui arrive sur l'objectif donc pour cela nous avons réliser un rouleau en papier noir que l'on enroule autour de l'objectif et le reseau de diffraction. Sur la photo, il est autour du spectroscope , nous le rabaissions quand nous prenions la photo. Nos meilleures photos, nous les avons obtenus avec une très grande ouverture du diaphragme et un temps de pose très court.
2ème Partie: Analyse de la composition chimique de différentes lampes.
 
 

   Dans cette partie, nous allons essayer d'identifier les différents éléments qu'il y a dans une lampe. Nous allons analyser le spectre d'une lampe, déterminer ces constituants à l'aide des différentes raies visibles.

 

    Pour cela, il est nécessaire que les élèves aient sous les yeux ce spectre avec les longueurs d'onde marquées dessus pour qu'ils puissent sur leur propre spectre de l'exercice précédent identifier les longueurs d'onde de chaque raie qu'ils ont observés. Ils doivent avoir aussi les outils ci-dessous pour identifier les éléments de leur lampe:

1. Spectre continu avec les longueurs d'onde: 

 

le spectre continu ac les longueurs d'onde
spectre continu avec les longueurs d'onde
 
télécharger le spectre continu avec les longueurs d'onde
 
 
 
2. Spectres de différentes lampes (source wikipedia)
 
     a. Spectre n°1 : c'est le spectre d'une vieille lampe fluorescente
spectre de vielle fluorescente lampe
  Spectre n°1 
les longueurs d'onde en fonction de son intensité 
 
téléchargement du spectre n°1
 
 
Numéro des picsLongueurs d'onde des pics en nmLes espèces spécifiques aux pics 
1 364.24 mercure
2 403.53 mercure
3 434.83 mercure
4 545.63 mercure
5 576.35 probablement du mercure
6 578.15 probablement du mercure

 Tableau 1: Identification de chaque raie du spectre n°1

 

    b. Spectre n°2: c'est le spectre d'une lampe fluorescente moderne

 

spectre de la nouvelle fluorescente lampeSpectre n°2
Les longueurs d'onde en fonction de son intensité 

téléchargement du spectre n°2

Numéro des picsLongueurs d'onde des pics en(nm)Espèces spécifiques aux pics 
1 405.4

mercure 

2 436.6 mercure
3 487.7 terbium venant Tb3+
4 542.4 terbium venant Tb3+
5 546.5 mercure
6 577.7 probablement du terbium venant du Tb3+ ou mercure
7 580.2 mercure ou terbium venant de Tb3+
8 584.0 probablement du terbium venant du Tb3+ ou europium dans Eu+3:Y2O3
9 587.6 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
10 593.4 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
11 599.7 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
12 611.6 europium de Eu+3:Y2O3
13 625.7 probablement du terbium venant du Tb3+
14 631.1 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
15 650.8 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
16 662.6 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
17 687.7 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
18 693.7 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
19 707 et 709 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
20 712.3 probablement du europium de Eu+3:Y2O3
21 760.0 probablement de l'argon
22 811.0 probablement de l'argon
Tableau 2: Identification de chaque raie du spectre n°2
 
 
 
     Une fois que les élèves peuvent avoir accès à tous ces documents, ils vont pouvoir commencer l'exercice. 
 
I. Ils doivent essayer d'identifier les longueurs d'onde des raies qu'ils ont sur leur spectre à l'aide du document n°1 (le spectre continu avec les longueurs d'onde). Il faut que pour chaque raie, ils aient identifié sa longueur d'onde et décrit son intensité c'est à dire faible, forte ...
 
II. Maintenant en utilisant les autres documents, les élèves doivent essayer d'identifier les éléments qui ont émis la lumière dans leur lampe. Pour cela, ils doivent retrouver à peu près des raies de la même intensité de même longueur d'onde. 
 
III. Les élèves doivent pour finir mettre tous leurs résultats dans un tableau comme ci-dessous:

  

 Le type de la lampe
Description des raies observées  les longueurs d'onde des raies   les éléments présents dans la lampe
les remarques 
 ex: lampe à économie d'énergi ex: un groupe de raies bleues et une rouge très intense

ex: on n'a pas réussi à identifier la raie jaune

 

 
 
IV. Après ils peuvent discuter de leurs résultats avec leurs autres camarades et comparer leurs différentes analyses pour une même lampe ou pour des lampes différentes.
 
 
3ème Partie: Analyse du spectre du soleil: les lignes de Fraunhofer
 
 
    Maintenant, les élèves doivent regarder le soleil avec le spectroscope et remarquer que ce n 'est pas un spectre continu comme nous pourrions le croire. Si nous regardons attentivement , nous verrons des raies d'absorption. Chaque raie correspond à la présence d'une molécule dans l'atmosphère car sans l'atmosphère, nous verrions un spectre continu.
     Ce n'est pas évident de bien les identifier mais plus le tube du spectroscope est long, mieux nous les voyons.