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Le Spectroscope un instrument simple et efficace

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Admin


Admin
Voilà un instrument très utile et facile à réaliser, hélas la plus plus part des chercheurs de nos jours cherchent à explorer les nouveaux appareils de spectroscopie moderne alors que cet appareil est extrêmement utile, on a pu découvrir l'hélium avec
1. Présentation

Le spectroscope étudié utilise la dispersion de la lumière par un prisme afin d’observer les différentes radiations, qui composent une lumière : on observe alors des spectres lumineux.


Figure 1 : Spectroscope après rénovation

Il se compose des éléments suivants :

* Un prisme sur un support circulaire ;
* Un collimateur ;
* Une lunette d’observation ;
* Un micromètre.

Le prisme est placé dans un tambour à trois ouvertures, pour empêcher l’accès de la lumière extérieure.

2. Historique

Newton (1643 – 1727) a été le premier scientifique en 1666 à montrer que la lumière blanche est constituée d’un mélange de couleurs (les couleurs de l’arc en ciel), comme indiqué sur la Figure 2.


Figure 2 : Décomposition de la lumière par un prisme

Lorsque la lumière passe d’un milieu à un autre, par exemple de l’air au verre, elle est réfractée, c’est-à-dire que les rayons lumineux changent de direction. Lorsqu’ils ressortent par l’autre face, ils sont de nouveau réfractés. Le rayon ou faisceau incident est donc dévié. Mais l’indice de réfraction n’est pas le même pour les différentes radiations lumineuses. Un pinceau de lumière polychromatique (constitué de plusieurs radiations) est donc séparé en ses composantes : le bleu est plus dévié que le rouge (Figure 2). Dans ces conditions, le prisme peut être utilisé pour analyser un rayonnement visible polychromatique.

En 1814, Joseph Von Fraunhofer (1787 – 1826) répéta l’expérience de Newton sur la décomposition de la lumière solaire, faisant passer le faisceau de lumière par une fente très fine avant de lui faire traverser le prisme. Les prismes qu’il utilisa donnaient une image d’une grande netteté, ce qui lui permit de remarquer que le spectre solaire formé de l’infinité de couleurs de l’arc-en-ciel était traversé de rayures noires.



Par la suite, les physiciens allemands Kirchhoff et Bunsen étudièrent, en laboratoire, le spectre de certaines substances chimiques portées à incandescence. Ils découvrirent que toute substance possède un spectre d’émission avec une disposition précise de raie, en d’autres termes, qu’il était possible de reconnaître une substance et sa température par son spectre d’émission. Celui-ci étant, en quelque sorte, une empreinte digitale de la substance, il ne comportait aucun risque d’erreur. Les expériences de Bunsen et Kirchhoff marquèrent le début de la spectroscopie.


Figure 3 : Illustration du spectroscope de Kirchhoff

Le spectroscope à prisme (Figure 3) fut inventé en 1859 par Gustav Kirchhoff, qui l’utilisa en analyse chimique. Si l’on place la substance à analyser entre la source lumineuse (éclairant le collimateur) et le système dispersif, on remarque dans le viseur une série de raies noires qui correspondent aux longueurs d’onde absorbées par l’échantillon.

3. Principe de fonctionnement

Le collimateur (C) sert à rendre parallèles les rayons qui doivent tomber sur le prisme. Il se compose d’un tube dont une extrémité porte une fente verticale réglable en largeur, que l’on éclaire avec la source à étudier. La fente est disposée au foyer principal objet d’une lentille convergente montée à l’autre extrémité du tube. Le prisme (P) est placé au centre du système. C’est un instrument d’optique constitué d’un milieu transparent très dispersif, c’est-à-dire qu’il décompose la lumière donnée par la source. Ici, les bases triangulaires sont noircies car elles ne jouent aucun rôle dans le fonctionnement du spectroscope. A la sortie du prisme, les radiations présentes dans le spectre arrivent sur la lunette d’observation.

La lunette d’observation (L) qui permet de visualiser le spectre obtenu se compose de deux lentilles convergentes : un objectif de grande distance focale, et un oculaire à courte distance focale. Elle a un faible grossissement. La figure observée est composée de raies colorées sur un fond noir : c’est un spectre lumineux d’émission. Chaque raie est spécifique d’une radiation colorée.

Le micromètre (K) est constitué d’une échelle graduée horizontalement et est placé à l’extrémité du tube. Il est éclairé par une source de lumière blanche. L’image du micromètre est obtenue par un collimateur qui envoie les rayons sur la face du prisme qui les réfléchit vers la lunette. L’image du micromètre se superpose au spectre. Il est alors possible de repérer la position des raies par rapport aux divisions micrométriques.


Figure 4 : Schéma des rayons lumineux à l'intérieur du spectroscope

4. Utilisation pédagogique

Les photos suivantes montrent des photographies obtenues avec différentes lampes à vapeur d’élément chimique avec le spectroscope à prisme rénové à l’IUFM.

Spectre du Mercure :



Spectre du Néon :



Spectre du Cadmium :



Spectre du sodium :



Le spectroscope peut être utilisé encore actuellement au lycée, en classe de seconde ou de terminale S, pour observer les spectres de différentes sources lumineuses.

http://magisteresalgeriens.3oloum.org

23raffati


Merci

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