Physique - comment relier la température et la couleur des étoiles

Comment déterminer la couleur d’une étoile à partir de sa température ?

Les étoiles peuvent être de différentes couleurs et leur température varie également. L’objectif de la séance est de déterminer grâce à des expériences simples et à des modélisations, la couleur et la température de quelques étoiles célèbres : Bételgeuse, le Soleil, Sirius et Rigel.

I. Spectre lumineux d’une lampe à incandescence

Expérience (Site JF Noblet « Corps noir » ; « Couleur et température » http://www.jf-noblet.fr/noir2/noir1.htm)[pic 2]

  [pic 3]

On fait varier l’intensité qui traverse le filament de la lampe du maximum au minimum en observant simultanément la couleur de la lumière émise par le filament et  l’allure du spectre à l’aide d’un spectroscope.

Exploitation et conclusion

1. Comment évolue la température du filament de la lampe lorsque l’intensité qui traverse le filament augmente ?

2. Que peut-on en conclure sur le spectre lumineux d’un corps fortement chauffé ?
[pic 5]

Des objets se comportant de cette façon peuvent être traités de corps noirs.
Un corps noir est un objet théorique « idéal » qui absorbe toutes les radiations qu’il reçoit et dont le rayonnement électromagnétique qu’il émet n’est fonction que de sa température. Les étoiles peuvent être considérées comme des corps noirs.

II. Courbes d'émissions de "corps noirs" de référence

1. Profil spectral (Site JF Noblet « Corps noir » ; « profil spectral »)[pic 6]

Le profil spectral d’un corps chaud est la courbe qui représente la puissance surfacique spectrale des radiations émises par ce corps en fonction des longueurs d’onde de ces radiations.

Les températures indiquées sont exprimées en kelvin (K) : T (en K)= ϴ (en °C) +  273,1

Exemple : Un corps noir à 9 000K apparaît bleuté car sa puissance surfacique spectrale est maximale dans la partie bleue du spectre.

1. Rappeler la gamme des longueurs d’onde du visible dans le vide ou dans l’air en précisant les couleurs correspondant aux valeurs limites. 

[pic 7]

[pic 8][pic 9]

1. Placer approximativement sur le graphique précédant (page 1) les limites du domaine visible.
2. Le maximum des courbes se situe-t-il toujours dans le domaine du visible ? Justifier la réponse.
3. Complète la phrase suivante :

« La longueur d’onde associée au maximum de puissance surfacique spectrale………………lorsque la température ……………………… »

6. Quelle est la couleur apparente d’un corps noir à 5000 K ?

Mais pour mesurer la température d'une étoile avec plus de précision, il faut trouver une relation entre la longueur d'onde du maximum d'émission et la température du "corps noir". C'est l'objet de la LOI DE WIEN.

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