Fiche de révision : Les spectres lumineux

Introduction

La lumière blanche que nous percevons est souvent un mélange de plusieurs couleurs. Pour comprendre cette composition, il est essentiel d’étudier les spectres lumineux qui révèlent la nature des sources lumineuses. Cette fiche vous offre une compréhension progressive et claire des spectres lumineux : leurs types, leurs caractéristiques et leur utilité.

1. Qu'est-ce qu'un spectre lumineux ?

Un spectre lumineux est une représentation de la lumière décomposée selon ses différentes longueurs d'onde ou couleurs.

• La lumière blanche se décompose en plusieurs couleurs quand elle passe à travers un prisme.
• Chaque couleur correspond à une longueur d’onde spécifique.
• Le spectre est souvent représenté sous forme d’un arc-en-ciel.

2. Les différents types de spectres lumineux

Il existe trois principaux types de spectres lumineux, selon la source de lumière et la manière dont la lumière est produite.

2.1 Spectre continu

• Définition : Spectre qui montre un dégradé continu de couleurs sans interruption.
• Origine : Une source chaude et dense (comme un soleil ou une lampe à filament) émet un spectre continu.
• Exemple : La lumière du soleil.

2.2 Spectre de raies d'émission

• Définition : Spectre caractérisé par des raies colorées sur un fond noir.
• Origine : Produit par des gaz chauds, peu denses, lorsqu’ils émettent de la lumière.
• Exemple : Le spectre d’émission de l'hydrogène.

2.3 Spectre de raies d’absorption

• Définition : Spectre continu dans lequel certaines raies sombres apparaissent, correspondant à des longueurs d’onde absorbées.
• Origine : Lumière blanche traversant un gaz froid qui absorbe certaines longueurs d’onde.
• Exemple : Le spectre solaire avec ses raies noires (raies de Fraunhofer).

3. Caractéristiques des spectres lumineux

4. Comment le spectre est-il obtenu ?

La lumière passant à travers un prisme ou un réseau de diffraction est déviée en fonction de sa longueur d’onde. Cela permet de séparer les différentes couleurs.

[Diagramme]

5. Application des spectres lumineux : l'Analyse spectroscopique

• Grâce aux spectres, les scientifiques peuvent identifier les éléments présents dans des sources lointaines (étoiles, gaz interstellaires).
• Chaque atome possède un spectre d’émission ou d’absorption unique, ce qui permet d’établir une "empreinte digitale" chimique.

[Diagramme]

6. Relation entre fréquence, longueur d’onde et couleur

• La lumière visible couvre des longueurs d’onde entre environ 400 nm (violet) et 700 nm (rouge).
• La fréquence (ν), la vitesse de la lumière (c) et la longueur d'onde (λ) sont liées par la relation :
  [ c = \nu \times \lambda ]
• Plus la longueur d’onde est courte, plus la fréquence est élevée et la couleur tend vers le violet.

7. Synthèse des points essentiels

• Un spectre lumineux montre la décomposition de la lumière selon ses couleurs ou longueurs d'onde.
• Trois types de spectres existent :
  • Continu (source dense et chaude)
  • Raies d'émission (gaz chaud et peu dense)
  • Raies d’absorption (lumière blanche traversant un gaz froid)
• Le spectre permet d’identifier la composition chimique d’une source lumineuse.
• L’étude du spectre repose sur la séparation des longueurs d’onde à l’aide de prismes ou réseaux.
• La lumière visible s’étend de 400 nm à 700 nm, chaque couleur ayant une longueur d'onde caractéristique.

8. Exemple concret : le spectre solaire

Le spectre solaire est un spectre continu traversé par de nombreuses raies noires d’absorption, appelées raies de Fraunhofer. Elles correspondent à l’absorption de certaines longueurs d’onde par les éléments de l’atmosphère solaire.

Conclusion

La compréhension des spectres lumineux est fondamentale en physique et en astronomie. Ces spectres, qu’ils soient continus ou à raies, sont des outils puissants pour analyser la matière et la température des sources lumineuses.

Suggestions pour aller plus loin :

• Étudier le spectre visible et les longueurs d’onde hors du visible (UV, infrarouge).
• Expérimenter avec un spectroscope pour observer différents types de spectres.