Inde 2004 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 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 = 6,62×10 -34 J.s c = 3,00×108 m.s-1 e = 1,60×10-19 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 vapeurs de sodium

330,3 nm
568,8 nm

615,4 nm

819,5 nm

1138,2 nm

doublet 589,0 / 589,6 nm
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 votre réponse.
1.3. Quelle est la valeur de la fréquence ν de la raie de longueur d’onde λ = 589,0 nm ?
1.4. Parmi les données présentées en 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 ∆E (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