Pondichéry 2004

Physique 2 

 

   

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EXERCICE 3. LAMPE A VAPEUR DE SODIUM (4 points)  

   

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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 gui 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 = 6,62  x 10 – 3 1 J.s ; c = 3,00 x 10 8 m / s et e = 1,60 x 10 – 19 C

1. - L'analyse du spectre d'émission d'une lampe à vapeur de sodium révèle la présence de raies de longueur d'onde λ bien définie.

Spectre d'émission d'une lampe à vapeur de sodium

1.1   - Quelles sont les longueurs d'onde des raies appartenant au domaine du visible ? au domaine des ultraviolets ? au domaine de l'infrarouge ?  

1.2   - S'agit-il d'une lumière polychromatique ou monochromatique ? Justifier voire réponse.  

1.3   - Quelle est la valeur de la fréquence n de la raie de longueur d'onde λ = 589,0 nm.

1.4   - Parmi les données présentées au début de l'exercice, que représentent les grandeurs h et e.  

2. - On donne en annexe à remettre avec la copie le diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'atome de sodium.

2.1 - Indiquer sur le diagramme en annexe 4 à rendre avec la copie, l'état fondamental et les états excités. 

 

2.2 - En quoi ce diagramme en annexe 4 permet-il de justifier la discontinuité du spectre d'émission d'une lampe à vapeur de sodium ?  

2.3 - On considère la raie jaune du doublet du sodium de longueur d'onde λ = 589,0 nm.

2.3.1 -Calculer l'énergie ΔE (en eV) qui correspond à l'émission de cette radiation. 

(On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs adapté aux données).  

2.3.2 - Sans justifier, indiquer par une flèche notée 1 sur le diagramme des niveaux d'énergie en annexe 4 à remettre avec la copie la transition correspondante.  

3. - L'atome de sodium, considéré maintenant à l'état E 1, reçoit une radiation lumineuse dont le quantum d'énergie ΔE a pour valeur 1,09 eV.

3.1 - Cette radiation lumineuse peut-elle interagir avec l'atome de sodium à l'état E 1 ? Justifier.  

3.2 - Représenter sur le diagramme en annexe 4 à rendre avec la copie la transition correspondante par une flèche notée 2. 

La raie associée à cette transition est-elle une raie d'émission ou une raie d'absorption ? 

Justifier votre réponse.