Fiche de révision : Lumière, spectres et dispersion

📋 Plan du Cours

1. Lumières polychromatiques et monochromatiques
2. Longueur d’onde et domaine visible
3. Spectres continus des corps chauds
4. Spectres de raies et identification
5. Dispersion et indice du verre
6. Systèmes dispersifs et spectroscopes

📖 1. Lumières polychromatiques et monochromatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Radiation monochromatique : Lumière d’une seule longueur d’onde, comme celle émise par un laser.
• Lumière polychromatique : Composée de plusieurs radiations de longueurs d’onde différentes.

📝 Points essentiels

📌 La lumière blanche, émise notamment par le Soleil ou une lampe à incandescence, est polychromatique et contient toutes les radiations visibles du violet au rouge.

💡 Astuce mémo

Soleil : plusieurs radiations ; laser : une seule

📖 2. Longueur d’onde et domaine visible

🔑 Notions clés & Définitions

• Longueur d’onde : La longueur d’onde λ caractérise une radiation dans le vide ou dans l’air et s’exprime notamment en nanomètres, avec $1\,\mathrm{nm}=10^{-9}\,\mathrm{m}$.

★ À maîtriser

• Le domaine visible s’étend approximativement de 400 nm, correspondant au violet, à 800 nm, correspondant au rouge.

📌 Les ultraviolets ont une longueur d’onde inférieure à 400 nm, tandis que les infrarouges ont une longueur d’onde supérieure à 800 nm.

Compléments

• Un laser de longueur d’onde 633 nm, soit $6{,}33\times10^{-7}\,\mathrm{m}$, émet une radiation visible rouge.

💡 Astuce mémo

Sous 400 nm : UV ; au-dessus de 800 nm : IR

📖 3. Spectres continus des corps chauds

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre continu : Une bande colorée sans interruption, correspondant à toutes les radiations d’un intervalle de longueurs d’onde.

★ À maîtriser

• Un corps chaud solide, liquide ou gazeux dense émet un spectre continu d’origine thermique.

• Quand la température d’un corps chaud augmente, son spectre s’étend davantage vers le violet et sa lumière devient plus lumineuse.

Compléments

• 🔄 Quand la température augmente, la couleur perçue évolue ainsi :
  1. du rouge
  2. à l’orange
  3. puis au jaune
  4. enfin au blanc

💡 Astuce mémo

Rouge → orange → jaune → blanc quand la température augmente

📖 4. Spectres de raies et identification

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre de raies : Présente des raies fines colorées sur un fond noir et correspond à quelques longueurs d’onde précises.

★ À maîtriser

• Un gaz excité à basse pression, notamment par chauffage ou décharge électrique, émet un spectre de raies.

• Chaque élément chimique possède un spectre de raies qui lui est propre et permet de l’identifier, même dans une étoile lointaine.

📌 Pour identifier un élément dans une source lumineuse, toutes ses raies caractéristiques doivent être présentes aux mêmes longueurs d’onde que dans le spectre de référence.

Compléments

• Les raies caractéristiques du mercure se situent à 405 nm, 436 nm, 546 nm, 577 nm et 579 nm.

📖 5. Dispersion et indice du verre

🔑 Notions clés & Définitions

• Indice de réfraction : L’indice de réfraction n caractérise un milieu transparent, est sans unité et vérifie $n\geq1$.

★ À maîtriser

📐 Formule - L’indice de réfraction vérifie $n=\frac{c}{v}$, où c est la vitesse de la lumière dans le vide et v sa vitesse dans le milieu.

📌 Dans le verre, l’indice de réfraction dépend de la longueur d’onde et il est plus grand pour le violet que pour le rouge.

• Dans un prisme, la déviation dépend de l’indice du verre à chaque réfraction, à l’entrée puis à la sortie, de sorte que le violet est le plus dévié et le rouge le moins dévié.

• Un prisme sépare les radiations déjà présentes dans la lumière blanche et ne crée pas de couleurs.

Compléments

• La vitesse de la lumière dans le vide est $3{,}00\times10^{8}\,\mathrm{m/s}$ et elle est quasi identique dans l’air.

• Dans le verre, l’indice vaut 1,53 pour le violet à 400 nm et 1,51 pour le rouge à 750 nm, ce qui correspond respectivement à des vitesses d’environ $1{,}96\times10^{8}\,\mathrm{m/s}$ et $1{,}99\times10^{8}\,\mathrm{m/s}$.

💡 Astuce mémo

Violet : indice plus grand et déviation plus forte ; rouge : indice plus faible et déviation plus faible

📖 6. Systèmes dispersifs et spectroscopes

🔑 Notions clés & Définitions

• Dispersion : La séparation des radiations d’une lumière polychromatique.
• Spectre : La figure obtenue en séparant les radiations d’une lumière avec un système dispersif.
• Système dispersif : Un système dispersif, comme un prisme ou un réseau, sépare les radiations d’une lumière.
• Spectroscope : Appareil qui permet d’observer le spectre d’une lumière et qui contient un système dispersif.

📝 Points essentiels

• Un prisme ou un réseau permet de disperser la lumière blanche en séparant les radiations qu’elle contient déjà.