Tp de physique 2








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TP de physique (2nde) : Température de surface et couleur des étoiles

Objectifs :

  • A l’aide d’un tableur déterminer la loi de Wien.

  • Utiliser la loi de Wien et le profil spectral d’étoiles pour déterminer leurs températures de surface.

  • Déterminer la classe spectrale d’étoiles, en déduire leurs couleurs. Comparer les résultats obtenus avec des informations connues.



  1. LOI DE WIEN

La radiation lumineuse émise avec le maximum d’intensité lumineuse par une étoile a une longueur d’onde max. La température  de la surface de cette étoile est reliée à la longueur max par une loi appelée loi de Wien. Cette loi permet donc d’évaluer  connaissant max.

Pour retrouver expérimentalement la loi de Wien, on augmente progressivement la température  d’un morceau de métal. Pour chacune des températures, on mesure la longueur d’onde pour laquelle l’intensité lumineuse est maximale. On obtient les résultats suivants :

max (en nm)

880

940

1010

1080

1170

1270

1400

1540

1730

1960

(°C)

3000

2800

2600

2400

2200

2000

1800

1600

1400

1200



  1. A l’aide d’un tableur-grapheur, tracer la courbe (à rendre avec le TP) représentant les variations de la température  en fonction de max. Ces deux grandeurs sont-elles proportionnelles (justifier votre réponse) ?

  2. Dans une nouvelle colonne du tableur, calculer . Tracer la courbe (à rendre avec le TP) représentant les variations de la température  en fonction de . Ces deux grandeurs sont-elles proportionnelles (justifier votre réponse) ?

  3. Etablir l’équation de la courbe obtenue au 2 à l’aide du tableur. Montrer qu’elle correspond, aux erreurs de mesure près, à la loi de Wien qui s’écrit :

où  s’exprime en °C et en nm-1.

  1. DETERMINATION DE LA TEMPERATURE DE SURFACE D’ETOILES

De nos jours les spectres d’émission ou d’absorption photographiques on été abandonnés au profit de détecteurs électroniques. On obtient ainsi le profil spectral des étoiles. Le profil spectral d’une étoile est la courbe qui représente l’intensité lumineuse des radiations émises par cette étoile en fonction des longueurs d’ondes de ces radiations.

Le document en annexe (à rendre avev le TP) représente le profil spectral de deux étoiles, Capella et Bételgeuse.

  1. En utilisant le profil spectral de ces étoiles et la loi de Wien déterminée précédemment, évaluer la température de surface de ces étoiles.

  2. A quoi sont dus les pics correspondant à des minimas d’intensité lumineuse sur le profil spectral ?

Donnée : Sur le profil spectral des étoiles la Longueur d’onde est donnée en amstrong (1 Å= 0,1 nm)

  1. CLASSES SPECTRALES

Les astronomes classent les étoiles en 7 catégories selon leur température de surface. Ces catégories sont repérées par les lettres O, B, A, F, G, K, M. Difficile de s’y retrouver ! Aussi existe-t-il un moyen mnémotechnique pour mémoriser ces lettres :

Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me.

Les températures de surface correspondant à chaque catégorie d’étoiles sont données dans le tableau ci-après.

Catégorie

Température de surface (°C)

Couleur

O

35 000

bleue

B

11 000 à 28 000

blanche

A

10 000

blanche

F

7000 à 8000

blanche

G

5000 à 6000

jaune

K

3500 à 5000

orange

M

>3500

rouge

Déterminer la classe spectrale de Capella et Bételgeuse. En déduire leurs couleurs. Les résultats obtenus sont-ils en accord avec les informations données en annexe sur ces étoiles ?

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