Éd. 1971-1976

spectre (suite)

En ce qui concerne les spectres de raies, on peut admettre que le spectre d’arc est produit par l’atome neutre et le spectre d’étincelles par l’atome ionisé une ou plusieurs fois. En effet, si l’on considère à travers un spectroscope un mince pinceau de rayons, canaux constitués d’atomes neutres et d’atomes ionisés, ce mince pinceau servant de source lumineuse linéaire pour le spectroscope, on constate, lorsque ce pinceau passe entre les deux armatures d’un condensateur, que le spectre de raies d’étincelles se déplace, et cela ne peut être imputé qu’aux déplacements des atomes ionisés soumis au champ électrique régnant entre les armatures du condensateur.

Spectre d’absorption

On observe le spectre d’absorption d’une substance lorsque l’on examine à l’aide d’un spectroscope une source présentant un spectre continu et dont le rayonnement a traversé cette substance.

D’une façon générale, on peut dire que les solides et les liquides présentent de larges bandes d’absorption, alors que les gaz et les vapeurs présentent des spectres de raies ou de bandes résolubles en raies. Le fait fondamental est que les raies qui apparaissent noires en absorption sont les mêmes que les raies qui apparaissent brillantes dans le spectre d’émission de la substance. Ce phénomène peut être traduit par la loi de Kirchhoff : un corps excité dans certaines conditions ne peut émettre que les radiations qu’il peut absorber dans les mêmes conditions d’excitation. Dans le cas où le rayonnement est purement thermique, la luminance spectrale L_λ d’un gaz pour la longueur d’onde λ est égale à la luminance L_0, λ d’un corps noir à la même température, multipliée par a_λ, facteur d’absorption du gaz : L_λ = a_λ L_0, λ ; autrement dit, pour qu’une vapeur émette une radiation, il faut que L_0, λ et a_λ soient différents de zéro, donc notamment que cette vapeur puisse absorber une telle radiation. D’autre part, si L_0, λ = θ, la vapeur pourra absorber une radiation a_λ ≠ θ sans l’émettre, puisque, dans ces conditions, L_λ = θ.

L’étude des spectres d’émission et d’absorption peut se faire dans les différents domaines de longueur d’onde à l’aide d’appareils appelés spectromètres* et spectrographes.

G. F.

Quelques savants

Anders Jonas Angström,

physicien suédois (Lödgö 1814 - Uppsala 1874). Spécialiste d’analyse spectrale, il a identifié les raies de plusieurs éléments dans le spectre solaire et effectué des mesures de longueurs d’onde.

Johann Jakob Balmer,

physicien suisse (Lausen 1825 - Bâle 1898). Il découvrit en 1885 la formule donnant les longueurs d’onde des raies du spectre visible de l’hydrogène.

Joseph von Fraunhofer,

physicien allemand (Straubing, Bavière, 1787 - Munich 1826). Inventeur du spectroscope, il repéra en 1814 les raies du spectre solaire, puis, utilisant des réseaux, dressa une première classification spectrale des étoiles.

Julius Plücker,

mathématicien et physicien allemand (Elberfeld 1801 - Bonn 1868). Il a observé en 1865 les spectres des gaz raréfiés dans les tubes électroluminescents et étudié les propriétés des rayons cathodiques. (V. aussi géométrie.)

Sir Chandrasekhara Venkata Raman,

physicien indien (Trichinopoly [Tiruchchirāppalli] 1888 - Bangalore 1970). Il a découvert en 1928 l’émission, par une espèce chimique transparente éclairée en lumière monochromatique, de deux ensembles de radiations nouvelles, dont les fréquences renseignent sur la structure des molécules. Prix Nobel de physique en 1930.

Henry Augustus Rowland,

physicien américain (Honesdale, Pennsylvanie, 1848 - Baltimore 1901). En 1876, il montra qu’une charge électrique mobile crée un champ magnétique, puis, grâce à la construction de réseaux en 1882, il identifia de nombreux éléments dans le spectre solaire.

Johannes Robert Rydberg,

physicien suédois (Halmstad 1854 - Lund 1919). Il établit une relation entre les spectres des divers éléments, où figure la constante qui porte son nom.

Johannes Stark,

physicien allemand (Schickenhof, Bavière, 1874 - Traunstein 1957). Il a découvert en 1913 le dédoublement des raies spectrales sous l’action d’un champ électrique. Prix Nobel de physique en 1919.

spectrographie de masse

Méthode permettant, à l’aide du spectrographe de masse, de séparer les atomes en fonction de leur masse (de la même façon qu’un spectrographe optique permet de séparer les rayons lumineux en fonction de leur longueur d’onde).

On sait qu’un spectrographe optique peut être utilisé soit pour mesurer les diverses longueurs d’onde émises simultanément par une source lumineuse et évaluer leurs intensités relatives, soit pour produire un rayonnement monochromatique de longueur d’onde déterminée. De la même façon, les spectrographes de masse sont utilisés soit en appareils d’analyse pour mesurer les masses atomiques des divers atomes qui constituent un échantillon de matière et évaluer leurs abondances respectives, soit en appareils de production pour fabriquer une collection d’atomes ayant tous la même masse.

Le premier spectrographe de masse a été construit en 1920 par F. W. Aston, qui perfectionna une technique inaugurée quelques années auparavant par J. J. Thomson*. Il a permis la découverte des isotopes*, atomes dont les masses sont différentes, bien qu’ils appartiennent au même élément chimique. La séparation des différents isotopes d’un même élément n’est pas possible par des réactions chimiques, mais seulement par des méthodes physiques, et la spectrographie de masse a été la première en date de ces méthodes.

Le principe des spectrographes de masse consiste à lancer dans une enceinte vidée d’air des atomes ionisés et à les soumettre à des forces électrique et magnétique qui modifient leur mouvement de façon différente suivant leur masse. Le détail du dispositif expérimental peut varier d’un appareil à l’autre ; nous décrirons le dispositif le plus typique, qui se compose de quatre parties principales.