Première Générale > Physique-Chimie > Observer : couleurs et images > Sources de lumière

Exercice d'application


Observer : couleurs et images

  • Exercice : Les lampes à vapeur de sodium

    On utilise les lampes à vapeur de sodium pour éclairer des tunnels routiers. Ces lampes contiennent de la vapeur de sodium à très faible pression. Cette vapeur est excitée par un faisceau d’électrons qui traverse le tube. Les atomes de sodium absorbent l’énergie des électrons. L’énergie est restituée lors du retour à l’état fondamental sous forme de radiations lumineuses. Les lampes à vapeur de sodium émettent surtout de la lumière jaune.

    Données : $h = 6,63 \times 10^{-34}$ J.s ; $c = 3,00 \times 10^8$ m/s ; $1 eV = 1,60 \times 10^{-19}$ J.

     

    1) L’analyse du spectre d’émission d’une lampe à vapeur de sodium révèle la présence de raies de longueur d’onde $\lambda$ bien définie.

    lampes à sodium 1

    a) Quelles sont les longueurs d’onde des raies de ce spectre appartenant au domaine du visible ? Au domaine des ultraviolets ? Au domaine de l’infrarouge ?

    b) S’agit-il d’une lumière polychromatique ou monochromatique ? Justifier votre réponse.

     

    2) Le document 1 en annexe est le diagramme simplifié des niveaux d’énergie de l’atome de sodium.

    a) Quels noms donne-t-on au niveau d’énergie $E_0$ et aux autres niveaux d’énergie ?

    b) On considère la raie jaune du doublet du sodium de longueur d’onde $\lambda = 589,0 nm$.

    c) Rappeler la formule de Planck. Donner la signification et l’unité de chacune des trois grandeurs mises en jeu.

    d) Calculer l’énergie $\Delta E$, en J puis en eV, qui correspond à l’émission de cette radiation. Donnée : $\Delta E = \dfrac{h \times c}{\lambda}$.

    e) Sans justifier, indiquer par une flèche notée 1 sur le diagramme des niveaux d’énergie la transition correspondante.

     

    3) L’atome de sodium, considéré maintenant à l’état $E_1$, reçoit une radiation lumineuse dont le quantum d’énergie $\Delta E'$ a pour valeur 1,09 eV.

    a) Cette radiation lumineuse peut-elle interagir avec l’atome de sodium à l’état $E_1$ ? Justifier.

    b) Représenter sur le diagramme la transition correspondante par une flèche notée 2.

    c) La raie associée à cette transition est-elle une raie d’émission ou une raie d’absorption ? Justifier votre réponse.

     

    Document 1 : Diagramme simplifié des niveaux d’énergie de l’atome de sodium

    lampes à sodium 2

La correction et les astuces de cet exercice t'intéressent ?

Accède librement à l'ensemble des contenus, aux astuces et aux corrections des exercices en t'abonnant sur Les Bons Profs. Clique ici pour démarrer l'abonnement.