4. Rayonnements électromagnétiques.

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Très longtemps après Newton, William Wollaston découvre en 1802 des couleurs manquantes dans le spectre du soleil, appelées depuis raies d'absorption. En 1814 Joseph Fraunhofer observe, décrit et dessine le spectre du Soleil. Il constate qu'une raie double jaune correspond exactement à celle observée dans le spectre d'une flamme (c'est le Sodium). Plus tard il décrit 350 autres raies, dont bon nombre sont dues au Fer.

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 En 1859, Gustav Kirchhoff, avec l'aide de Robert Bunsen, découvre les lois du rayonnement qui portent son nom :

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• Tout corps chaud émet un rayonnement continu, qui contient toutes les couleurs (spectre continu : on passe continûment d’une couleur à une autre) ; ce rayonnement ne dépend pas de l’élément considéré ;

• Le spectre de la lumière émise par un gaz, sous faible pression, n’est pas continu, mais présente seulement quelques raies brillantes, sur un fond sombre (sans lumière). Donc, un gaz dans ces conditions n’émet que quelques radiations bien précises. L’important est que ces couleurs changent d’un gaz à un autre : elles les caractérisent. Le spectre est comme les empreintes digitales : une signature du gaz. On appelle ces raies des raies d’émission.

• Enfin, si la lumière émise par un corps chaud (contenant toutes les couleurs) traverse un gaz froid, elle en ressort privée de certaines couleurs, qui laissent donc des raies noires dans le spectre. Ces couleurs disparues sont exactement celles que ce gaz émettrait s’il était chaud (confirmant donc bien le fait qu’elles constituent sa signature). On les appelle raies d’absorption, et elles indiquent donc qu’un gaz froid a été traversé par la lumière, et quel est ce gaz.

Le schéma ci-dessous explicite ces trois lois :

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                                                                                                                     Credit: LAM

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Un morceau de fer chauffé à blanc est placé entre deux prismes.

On voit à droite un spectre continu, alors qu’à gauche il manque les couleurs. Elles correspondent aux raies d’absorption du gaz interposé (orange et bleu).. La lumière émise par le fer traversera donc le gaz avant d’être décomposée par le prisme.

 Dans un spectre, la partie continue, le fond coloré, est nommé continuum.

La première de ces lois peut se constater simplement : mettez un morceau de fer dans la cheminée. Lorsque sa température augmente, il va se mettre à briller, d’abord en rouge sombre, puis en rouge vif, et enfin en blanc si on le chauffe très fortement.

Donc la couleur dominante de la lumière indique la température du corps. C’est de cette manière qu’on a déterminé la température du Soleil (5.500K).

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