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Sous-thème
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Titre
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Compétences travaillées
| ST1-1 |
Classons les sources !
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Proposer un protocole d’expérience
Extraire et exploiter des informations
Raisonner à partir d’une simulation
Utiliser un tableur - grapheur
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Compte rendu :
Note sur ton cahier les propositions de protocoles, les observations et les réponses aux questions.
Fais les schémas adéquats (en couleur) ! Fais bien apparaître le plan du TP (en notant les titres par exemple) ! Mais priorité aux observations !
| problématique |
En observant diverses sources présentes sur la paillasse professeur, nous avons tenté de les classer suivant divers critères. Comment obtenir la « signature » de chacune de manière à les distinguer encore mieux les unes des autres ?
A travers quelques manipulations, il sera possible de préciser ce classement… mais aussi d’élargir le spectre !
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EXPÉRIENCE préalable
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La décomposition de la lumière blanche est réalisée sur la paillasse du professeur. Note brièvement le matériel nécessaire. Fais de même pour un LASER. Note tes observations et compare.
Quel instrument permettrait d’observer plus facilement un spectre ? Décris sommairement son principe.
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ATELIERS
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En attendant que le matériel correspondant à l’un des ateliers (A, B, C ou D) se libère, observe l’animation (E) et réponds aux questions.
L’objectif au niveau de ces quatre ateliers est avant tout d’observer afin de répondre du mieux possible aux questions des intitulés.
Les manipulations, facultatives, donnent des pistes de réflexion. Prends quelques notes.
Atelier « A » : Monochromatique ou polychromatique ?
Matériel : toutes les sources lumineuses disponibles y compris le Soleil.
Il s’agit de classer les différences sources suivant ce critère.
Distingue bien les différents types de spectres ; nomme-les.
Conclus en répondant aux questions de l’intitulé. Attention, de bien distinguer « couleur perçue » et « couleur(s) émise(s) » !
Atelier « B » : Même couleur, même spectre ? Et couleur différente, spectre différent ?
Matériel : une lampe à vapeur de sodium (source dite froide) ; une lampe à incandescence (source dite chaude)
dont la lumière émise est de même couleur ; une autre lampe à incandescence dont la lumière émise est de couleur différente.
Observe la couleur émise par les différentes lampes et vérifie les indications ci-dessus. Si nécessaire, règle (sans dépasser 12 V !) la tension du générateur alimentant la petite lampe à incandescence de manière à percevoir la même couleur orangée que celle de la lampe à vapeur de sodium.
Note l’allure des différents spectres en le représentant le plus précisément possible, en couleur, sur ton cahier.
Conclus en répondant aux questions de l’intitulé. Attention, de bien distinguer « couleur perçue » et « couleur(s) émise(s) » !
Atelier « C » : Au-delà du violet ?
Une « lampe à UV » est souvent appelée « lampe à lumière noire » : pourquoi ?
Une détection simple des UV est plus délicate à trouver. Nous disposons cependant de lampes à UV pour la chimie. Attention, les ultraviolets sont dangereux pour les yeux ! Porter des lunettes adaptées.
On peut cependant utiliser un agent azurant présent dans les lessives comme dans les cartes de visites. À l’aide du document ci-dessous, résume en une seule phrase le principe de ce « détecteur ».
Extrait de WIKIPEDIA
Matériel : une lampe à UV et les lunettes de protection ; un échantillon de lessive ; une plaque pour chromatographie… … un tissu blanc.
Fais quelques expériences et note tes observations. Comment expliques-tu ces différences ?
Il faut éviter de regarder longtemps une « lampe à mercure ». Pourquoi ? On peut vérifier avec un spectrophotomètre.
Atelier « D » : En-deçà du rouge ?
Matériel : une lampe à DEL (source dite froide) ; une lampe à incandescence (source dite chaude) ;
une télécommande qui n’émet que des IR ; un résistance chauffante.
Les IR sont invisibles à l’œil nu : comment repérer ceux émis par une télécommande ? Observe par l’intermédiaire d’une caméra ou d’un appareil photo la DEL quand tu appuies sur une touche...
Il est impossible de détecter de cette manière les IR issus d’une lampe à incandescence. On utilisera alors un autre dispositif simple, objet technique décoratif, le radiomètre de CROOKES. Fais quelques expériences avec différentes sources, note tes observations et interprète sommairement les résultats.
Comment utiliser une résistance chauffante pour montrer que ce sont les IR, radiations invisibles, qui provoquent la rotation ?
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Atelier « E » : Pourquoi le Soleil n’est pas bleuté comme l’étoile Rigel ?
Simulation utilisée : http://phet.colorado.edu/sims/blackbody-spectrum/blackbody-spectrum_fr.html
Utilise la simulation suivante pour répondre à la question de l’intitulé. Une petite recherche sur internet sera peut-être nécessaire…
Compréhension de la simulation : légende la capture d’écran ci-dessous de manière à repérer notamment le domaine du visible, le profil spectral, la couleur de la source, la température de la source…
Raisonnement : quel lien fais-tu entre la couleur s’une source, son spectre et sa température ? Pour t’aider à rédiger une réponse la plus précise possible, n’hésite pas à utiliser la simulation !
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POUR ALLER PLUS LOIN : LE CORPS NOIR ET LA LOI DE WIEN
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l’idée de planck
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Un corps qui absorbe totalement le rayonnement qu’il reçoit est appelé un corps noir. L’intérieur d’un four (noir et mat) peut être assimilé à un corps noir.
L’expression populaire dit qu’il fait noir comme dans un four, mais si la température de ce four s’élève, l’intérieur devient particulièrement éblouissant : le corps noir brille !
Le physicien allemand Max Planck établit une loi permettant de connaître l’intensité lumineuse en fonction de la longueur d’onde selon la température.
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Ouvre le fichier « t1_st1_1_doc corps noir.rw3 ». On observe par exemple :
À 7000 K, c’est-à-dire à 6 727 °C, le corps noir émet avec la plus grande intensité une lumière de longueur d’onde λmax proche de 400 nm.
Dans la fenêtre présentant le graphique, déplacer le curseur (en bas à droite) afin de faire varier la température T (l’unité kK signifie kiloKelvins). Comment évolue la longueur d’onde λmax de la radiation de plus grande intensité lumineuse lorsque la température augmente ? À l’aide du fichier, compléter le tableau suivant :
T (en K)
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5 000
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5 500
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5 700
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6 000
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6 200
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6 500
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7 000
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max (en nm)
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400
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LA loi de wien
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Il s’agit de retrouver cette loi au regard de la théorie de Planck.
C’est aussi un exercice pour vérifier tes compétences en matière de tableur-grapheur dédié aux SPC.
Exploitation
Dans LOGGERPRO, crée un nouveau fichier et entre les variables expérimentales : λmax (en m) puis T (en K). Reporte les valeurs du tableau précédent. Tu retrouves normalement l’allure de la courbe…
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Crée une nouvelle grandeur calculée, nommée invT telle que invT = 1/T. Visualise le graphique de λmax en fonction de invT : en justifiant, indique si λmax est proportionnelle ou non à invT.
Modélise et réponds aux questions :
Indique le modèle choisi, recopie son expression.
Quelle est la valeur du coefficient de proportionnalité entre λmax et invT ?
Quelle est la valeur de l’écart expérience-modèle ?
La loi proposée par Wien est la suivante :
λmax = (2,90 x 106) / T avec λmax en nm et T en K
En tenant compte de votre écart expérience-modèle, vos résultats sont-ils en accord avec cette loi ?
Questions
En assimilant un être humain à un corps noir, déterminer la longueur d’onde λmax de la radiation qu’il émet avec la plus grande intensité. Ce résultat est-il compatible avec l’utilisation nocturne de caméra IR par les militaires ?
L’étoile Rigel émet avec le plus de luminosité la longueur d’onde λmax = 271 nm. En déduire sa température de surface.
Propose au professeur un protocole expérimental pour déterminer la température de surface du Soleil.
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17489.doc Page sur 17/01/18
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