PROBLEME 1 : lampe à vapeur de mercure

La lampe à vapeur de mercure est constituée d’une ampoule remplie de mercure gazeux à faible pression. Dans l’ampoule, les atomes de mercure sont excités par des décharges électriques. Les niveaux d’énergie d’un atome de mercure sont représentés sur le diagramme ci-contre :

Données : constante de Planck h = 6,63.10-34 J.s célérité de la lumière dans le vide c = 3,00.108 m.s-1
1 eV = 1,60.10-19 J

1) Expliquez par quel(s) processus une telle lampe parvient à émettre de la lumière.

2) On s’intéresse à la raie orange émise par le mercure : λ = 609 nm.
a) Calculer en électron-volt l’énergie perdue par un atome de mercure lors de l’émission de cette radiation.
b) Pour obtenir cette radiation, l’atome doit être initialement dans l’état E4. Indiquer par une flèche sur le diagramme ci-dessous la transition correspondante.

3) On éteint la lampe. L’atome de mercure, maintenant considéré dans l’état E0, reçoit une radiation de longueur λ = 254 nm.
a) Dans quel état se retrouve l’atome ? Justifier, à l’aide de calculs si nécessaire. b) Même question avec λ = 300 nm. Justifier, à l’aide de calculs si nécessaire.

PROBLEME 2 : classe spectrale d’une étoile

Classe
Température de surface (°C)
Couleur apparente de l’étoile
O
> 24700
Bleue
B
9700 – 24700
Bleue-blanche
A
7200 – 9700
Bleue-blanche
F
5700 – 7200
Blanche
G
4700-5700
Jaune
K
3200 – 4700
Orange
M
< 3200
Rouge
Document 1 : classes spectrales des étoiles

La loi de Wien relie la température T de la surface d’une étoile (en K) à la longueur d’onde du maximum d’intensité λmax (en m) de la lumière émise par l’étoile :

T = 2,89.10-3 / λmax

On rappelle que T (en K) = θ (en °C) + 273

Document 2 : loi de Wien

Document 3 : Profil spectral de Castor (1 A = 0,1 nm)

Les astrophysiciens répartissent les étoiles en sept classes spectrales selon la température de leur surface. A l’aide des documents suivants,