TP - 2de : IDENTIFICATION DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES PRÉSENTS DANS L'ATMOSPHÈRE DE RIGEL
Spectres , application à l'astronomie :spectre d'absorption de RIGEL
I/Principe :
Le coeur de l'étoile , à très haute température , est à l'origine d'un rayonnement dont le spectre est continu . Ce rayonnement "traverse " l'atmosphère de l'étoile et les éléments présents dans l'atmosphère absorbent les raies qui les caractérisent .
II/Spectre d'absorption de RIGEL
A partir du dossier "SPECTRES" lancer le fichier "RIGEL"
Lire la documentation : 1-Qui est Rigel
2-Principe de la mesure
3-Mesures
Q1)Qui est Rigel ?Peut-on la voir à l'oeil nu ?
Q2)Qu'est-ce qu'une constellation ?
Q3)A quel type d'étoile appartient Rigel ?
Le curseur mobile permet d'identifier la position des raies d'absorption sur une règle graduée en divisions (div) .
Attention :Sur l'image on voit :
* un spectre d'absorption sur la partie supérieure : c'est le spectre d'absorption de Rigel dont on cherche à déterminer les raies .
* un spectre d'émission pour réaliser l'étalonnage
Nous nous interessons dans l'immédiat , à la partie 1 du spectre .
Q4)En utilisant le curseur , complétez le tableau suivant :
| l en nm | 415,8 | 433,3 | 470,2 | 516,2 | 518,7 |
| d en div | 0 |
Q5)Tracer la courbe
l en fonction de d et en déduire que l est une fonction affine de d de la forme l=a*d+b , dont on déterminera le coefficient directeur a et l'ordonnée à l'origine b .
Q6)Effectuer les mesures en divisions des positions des raies du spectre d'absorption de RIGEL et compléter le tableau suivant :
| raie n° | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 |
| mesure(div) | ||||||||||||
| l(nm) |
Le tableau ci-dessous récapitule l'ensemble des raies du spectre d'absorption de Rigel .
| raie n° | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| l(nm) | 685,7 | 665,7 | 657,1 | 655,7 | 639,4 | 636,1 | 634,1 | 627,1 | 615,4 | 613,1 | 586,5 | 562,9 |
| élément |
| raie n° | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
| l(nm) | 559,8 | 555,5 | 544,8 | 531,2 | 519,4 | 516,1 | 504,8 | 503,5 | 500,8 | 491,4 | 485,4 | 470,1 |
| élément |
| raie n° | 25 | 26 | 27 | 28 |
| l(nm) | 447,2 | 446,3 | 437,7 | 432,5 |
| élément |
Q7)En utilisant le tableau ci-dessous qui donne les longueurs d'onde des raies d'absorption de différents atomes ,complétez les tableaux ci-dessus et en déduire les différents éléments présents dans l'atmosphère de Rigel .
| élément chimique | longueurs d'onde (nm) |
| H | 656.3 - 486.1 - 410.3 - 434.0 - 397.1 |
| He | 728.1 - 706.5 - 667.8 - 587.6 - 504.8 - 501.6 - 492.5 - 471.3 - 447.1 - 414.4 - 404.6 - 388.9 |
| He+ | 468.6 - 164.1 - 30.3 |
| Mg | 518.4 - 517.3 - 516.7 - 383.2 |
| Mg+ | 448.1 - 280.3 - 279.5 |
c)Exercices :
Pages 55 et suivantes : exercices 15 ,18 et 21
CORRECTION :
1/Rigel est une étoile de la constellation d'Orion . Elle est visible à l'oeil nu .
2/Une constellation est un ensemble d'étoiles .
3/Rigel est une étoile "Supergéante bleue " (environ 80 fois la dimension du soleil) . Sa température externe est environ deux fois plus élevée (12000 °C) que celle du soleil (6000 °C)
4/
| l en nm | 415,8 | 433,3 | 470,2 | 516,2 | 518,7 |
| d en div | 0 | 15,82 | 50,6 | 93,7 | 96,2 |
5/
Cette droite (fonction affine) passe par A (dA= 20 et
lA= 438 nm) et B(dB= 80 et lB= 502 nm) et par conséquent :l
A = a*dA + b et lB=a*dB + bC qui nous permet d'écrire :
et donc b=
L'équation de la droite est par conséquent :
l=1,06 * d + 4166/On utilise la fonction affine établie précedemment pour faire les calculs
| raie n° | 17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
| mesure(div) | 93,38 |
94,77 |
83,82 |
82,78 |
80,17 |
71,65 |
| l(nm) | 515 |
516 |
504 |
503,7 |
500,9 |
491,5 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
|
65,56 |
51,47 |
30,08 |
28,87 |
20,52 |
15,82 |
|
485,5 |
470,5 |
447,8 |
446,6 |
437,7 |
432,7 |
7/
En utilisant le tableau de données :
| raie n° | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| l(nm) | 685,7 | 665,7 | 657,1 | 655,7 | 639,4 | 636,1 | 634,1 | 627,1 | 615,4 | 613,1 | 586,5 | 562,9 |
| élément | He | H | He |
| raie n° | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
| l(nm) | 559,8 | 555,5 | 544,8 | 531,2 | 519,4 | 516,1 | 504,8 | 503,5 | 500,8 | 491,4 | 485,4 | 470,1 |
| élément | Mg | Mg | He | He | He | H | He |
| raie n° | 25 | 26 | 27 | 28 |
| l(nm) | 447,2 | 446,3 | 437,7 | 432,5 |
| élément | He | H |
L'atmosphère de Rigel contient par conséquent de l'hydrogène (H) , de l'hélium (He) et du magnésium (Mg) .
Exercice 15 page 55 :
1/
| n°raie | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| x en mm | 0 | 6 | 11 | 15 | 32 | 43 | 76 |
2/
l = a*x+bSachant que pour x=0 :
l=l1=397 nm et pour x=76 mm :l=l7=486 nm , on en déduit :b= 397 nm et a=(
l7-397) nm /76 mm = 1,2 nm.mm-1d'où
l= 1,2 * x + 397 x en mm et l en nm
3/A partir de la courbe d'étalonnage , nous pouvons déterminer les différentes longueurs d'onde (graphiquement ou par le calcul) :
n° |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
l ( nm) |
397 |
404 |
410 |
415 |
435 |
449 |
488 |
il est clair que le groupe (
l1 , l3 , l5 , l7) correspond bien aux raies d'absorption de l'hydrogène .4/L'autre groupe correspond à l'hélium . Il apparaît que les longueurs d'onde des raies d'émission sont bien égales aux longueurs d'onde des raies d'absorption .
5/La couleur bleutée de l'étoile nous indique que la température externe de l'étoile est de l'ordre de 12000 °C (voir tableau du livre page 48)
Exercice 18 page 56
1/Les spectres obtenus sont des spectres de raies .
2/Les raies d'émission et les raies d'absorption "occupent" les mêmes positions dans les spectres (longueurs d'onde identiques)
3/C'est l'hydrogène ionisé (gaz chaud) qui est à l'origine de la coloration rose de certaines nébuleuses .
Exercice 21 page 56 :
1/
2/L'absorption est importante pour
l< 500 nm3/La transmission de la lumière est pratiquement totale pour
l> 550 nm4/L'absorption est importante dans le bleu-vert , ce qui fait que la solution a une couleur orange .
5/Spectre de la lumière transmise par cette solution :
Tableau : Couleurs et longueurs d'onde :
