Carnet de bac

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^-34J·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. S’agit-il d’une lumière polychromatique ou monochromatique ? Quelle est la valeur de la fréquence ν de la raie de longueur d’onde λ = 589,0 nm ?

2. On donne le diagramme simplifié des niveaux d’énergie de l’atome de sodium. Indiquer sur le diagramme l’état fondamental et les états excités.

3. On considère la raie jaune du doublet du sodium de longueur d’onde λ = 589,0 nm. Calculer l’énergie ΔE (en eV) qui correspond à l’émission de cette radiation. Sans justifier, indiquer par une flèche notée 1 sur le diagramme des niveaux d’énergie, la transition correspondante.

4. L’atome de sodium, considéré maintenant à l’état E₁, reçoit une radiation lumineuse dont le quantum d’énergie ε’ a pour valeur 1,09 eV. Cette radiation lumineuse peut-elle interagir avec l’atome de sodium à l’état E₁ ? Justifier. Représenter sur le diagramme 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 ?