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tp spectroscope à réseau

Posté par
Kiecane
25-03-18 à 13:52

Bonjour,

Je dois préparer un tp pour la semaine prochaine sur le spectroscope à réseau.

Dans une première partie, on nous demande de réaliser un montage optique pour créer une faisceau incident parallèle et observer le faisceau émergent parallèle.


J'ai écrit qu'on pouvait utiliser une source, un écran et deux lentilles convergentes de façon à obtenir un système afocal, .

On nous demande ensuite de mesurer à l'aide de ce montage p() si i=0.


Si i=0, on a sin p=(p)/a

Après je ne sais pas si on trouve p et expérimentalement. Je n'ai pas très bien compris ce que représentait p et comment on pouvait le mesurer. J'ai compris ce qu'était a et je pense qu'on peut le mesurer sur l'écran dans le montage réalisé. Pour , j'imagine que cette grandeur doit nous être donnée mais je ne suis pas sûre.

Dans la partie suivante, on utilise le spectroscope à réseau pour construire une droite d'étalonnage en incidence normale permettant de déterminer à partir des mesures d'angle pour un ordre p fixé. Puis on nous demande d'estimer les incertitudes sur une mesure d'angle p pour en déduire sous Régressi les incertitudes sur les paramètres de la droite d'étalonnage.

Je pense que les incertitudes proviennent du réglage du spectroscope mais je ne vois pas comment on peut les évaluer précisemment parce-que le réglage semble long et compliqué. Comment peut-on estimer la valeur de cette incertitude ? Ensuite il y a une erreur sur la mesure de p pour laquelle on pourra trouver la valeur expérimentalement. Enfin, il doit y avoir l'incertitude liée à la construction du spectroscope qui est normalement écrite sur cet instrument. Je pense qu'il n'y a pas d'autres sources d'incertitude à estimer mais je me trompe probablement.

Merci d'avance !

Posté par
vanoise
re : tp spectroscope à réseau 25-03-18 à 15:03

Bonjour
Un peu d'aide avec les réserves habituelles concernant l'aide apportée en T.P. sans connaître le matériel à disposition...
Tu as raison au début : il s'agit bien se réaliser un système afocal. Les spectroscopes usuels en possède un d'origine appelé collimateur : il suffit d'éclairer la fente du collimateur avec une lampe spectrale et le réseau est éclairé par un faisceau de lumière parallèle. (voir ici : , il s'agit du "tube" entre la lampe spectrale et le réseau)
Ensuite , sous incidence normale, les valeurs dep correspondent aux différents maximums principaux de diffraction. Elles vérifient la formule que tu fournis.
p est un nombre entier relatif correspondant à l'ordre d'un maximum principal.
p=0 ; p =0 : la lumière diffractée n'est pas déviée.
D'un côté de ce maximum de diffraction, tu obtiens les maximums correspondant à p=1, p=2, p=3,... la valeur absolue de p/a devant rester inférieure à 1 puisqu'il s'agit aussi du sinus d'un angle.
Symétriquement par rapport au maximum de diffraction d'ordre 0, tu obtiens les maximums de diffractions d'ordres p=-1, -2, -3,...
La "droite d'étalonnage" consiste à placer dans un repère les points de coordonnées (x=p, y=sin(p).
Si les mesures ont été correctement effectuées, tu obtiens une droite passant par l'origine du repère de coefficient directeur (/a).
La longueur d'onde étant connue, le coefficient directeur permet une détermination du pas "a" du réseau.
Ensuite, si tu éclaires le spectroscope avec une source de lumière polychromatique, tu obtiens un maximum d'ordre zéro commun à toutes les longueurs d'onde mais les déviations pour les ordres p0 dépendent de . Mesurer les valeurs de p pour p=2 (par exemple) des différentes radiations, permet de déterminer les différentes longueurs d'onde de la source lumineuse.
Concernant les incertitudes : elles sont dues essentiellement à la mesure de p et l'incertitude sur cette mesure dépend beaucoup de la qualité du spectroscope... A toi de voir sur place au cours du T.P.

Posté par
Kiecane
re : tp spectroscope à réseau 25-03-18 à 16:24

Merci pour ta réponse, cela m'a aidé. J'ai compris à présent ce qui concernait la droite d'étalonnage. J'ai encore quelques questions : je ne comprends pas vraiment ce que signifie maximum principal. A quoi cela va-t-il ressembler concrètement ? C'est pareil pour p : à quoi cela ressemble-t'il en pratique ? La relation des réseaux est donnée dans le Tp mais il est indiqué qu'elle n'est pas à connaître et qu'elle sera donnée aux concours (donc je n'ai pas de cours concernant cette notion). Enfin, pour la première partie, il faut mesurer à l'aide du montage p() mais je ne pense pas qu'il faut tracer une droite d'étalonnage puisque ce n'est indiqué que dans la deuxième partie du tp concernant le spetroscope. Est-ce que c'est possible de trouver p avec le système afocal qu'on aura monté ?

Posté par
vanoise
re : tp spectroscope à réseau 25-03-18 à 18:32

Le système afocal, appelé collimateur, est destiné à créé un faisceau de lumière parallèle éclairant le réseau. Il n'a rien à voir avec les mesures qui suivent !
Apparemment, on te demande de faire un TP sur les réseaux sans que la théorie sur la diffraction n'ait été faite... Comment bien comprendre dans de telles conditions ???
Très schématiquement : le réseau est un ensemble d'un très grand nombre N de fentes très fines, verticales, équidistantes d'une distance "a" très petite. "a" est le pas du réseau, de l'ordre du micromètre.
Lorsque le réseau est éclairé sous incidence normale par un faisceau de lumière parallèle monochromatique, les N fentes du réseau produisent N ondes diffractées. Pour certaines valeurs bien particulières de l'angle de diffraction, notées p, ces N ondes interfèrent en phase et produisent un maximum très aigu d'intensité lumineuse, l'intensité lumineuse étant quasi nulle pour les autres valeurs de l'angle de diffraction (voir figure ci-dessous, l'échelle verticale étant arbitraire). Quand tu tournes la lunette de visée de l'extrême gauche à l'extrême droite , balayant ainsi toutes les valeurs possibles de comprises entre  -/2 et /2, tu observes des maximums d'intensité lumineuses pour les valeurs p. Pour l'exemple choisi, le maximum central correspond à p=0, 0=0 ; le maximum d'ordre p=1 correspond à une valeur 1 un peu inférieure à /8, le maximum d'ordre p=2 correspond à 2 un peu inférieur à /4, le maximum d'ordre p=3 correspond à 3 un peu supérieur à 3/8... Tu as les maximum symétriques correspondant à p=-1, -2, -3...
Une autre façon d'obtenir l'étalonnage du réseau, peut-être bien celle demandée ici, consiste à éclairée le réseau avec une lampe spectrale dont les longueurs d'onde sont connues (lampe à vapeur de mercure par exemple). Pour une raie donnée (la verte par exemple), on s'intéresse au maximum d'ordre p= 2, on mesure 2. On mesure ensuite 2 pour une raie jaune, une raie rouge, une raie violette... toujours pour p=2. Pour obtenir la droite d'étalonnage, on place dans un repère les points de coordonnées (x=, y=sin(2). Si les mesures ont été correcte, on obtient une droite de coefficient directeur 2/a , ce qui permet de connaître le pas du réseau. Cette méthode est plus difficile à mettre en oeuvre car les spectres des lampes sont souvent assez complexes avec des raies d'intensités très différentes...

tp spectroscope à réseau

Posté par
Kiecane
re : tp spectroscope à réseau 25-03-18 à 18:54

Ok c'est beaucoup plus clair maintenant ! Merci !



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