Raie spectrale

Une raie spectrale est une ligne sombre ou lumineuse dans un spectre électromagnétique autrement uniforme et continu. Les raies spectrales sont le résultat de l'interaction entre un système quantique et le rayonnement électromagnétique.


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  • Un gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes... Exemples de raies spectrales. Hydrogène : 656, 3 nm (456791 THz) et 486, ... (source : physique-quantique.wikibis)
  • ... ainsi qu'aux raies UV des lasers à gaz Ar et Kr. Comme l'ensemble des lasers Cobolt, ..... Corp. permet la réalisation d'images dans la bande spectrale 0, 2-0, 6 THz.... (source : optoprim)
Raies spectrales d'émission du césium.

Une raie spectrale est une ligne sombre ou lumineuse dans un spectre électromagnétique autrement uniforme et continu. Les raies spectrales sont le résultat de l'interaction entre un système quantique (généralement des atomes, mais quelquefois aussi des molécules ou des noyaux atomiques) et le rayonnement électromagnétique.

Dans un dispositif quantique, l'énergie ne peut pas prendre des valeurs arbitraires : seuls certains niveaux énergétiques bien précis sont envisageables : on dit que l'énergie du dispositif est quantifiée. Les changements d'état correspondront par conséquent eux aussi à des valeurs bien précises d'énergie correspondant à la différence d'énergie entre le niveau final et le niveau d'origine.

Si l'énergie du dispositif diminue d'une quantité ΔE, un quantum de rayonnement électromagnétique, nommé photon, sera émis à la fréquence ν donnée par la relation de Planck-Einstein : ΔE = hνh est la constante de Planck. Inversement, si le dispositif absorbe un photon de fréquence ν, son énergie augmentera d'une quantité . Comme l'énergie du dispositif est quantifiée, il en sera de même de la fréquence des photons émis ou absorbés par le dispositif. Ceci explique que le spectre d'un dispositif quantique est constitué d'un ensemble de raies discrètes plutôt que d'un spectre continu où l'ensemble des fréquences sont présentes en quantité variable.

Un gaz chaud se refroidira en émettant des photons ; le spectre observé sera par conséquent constitué d'un ensemble de raies lumineuses sur un fond sombre. On parle alors de raies d'émission (exemple ci-contre). Inversement, si le gaz est froid mais éclairé par une source continue, le gaz absorbera des photons et le spectre sera constitué par un ensemble de raies sombres sur un fond lumineux : on parle alors de raies d'absorption.

Les raies d'absorption et d'émission sont fortement spécifiques à chaque substance, et peuvent être employées pour identifier aisément la composition chimique de n'importe quel milieu capable de laisser passer la lumière (généralement, il s'agira de gaz). Elles dépendent aussi des conditions physiques du gaz, ainsi elles sont beaucoup répandues pour déterminer la composition chimique des étoiles et d'autres corps célestes qui ne peuvent pas être analysés par d'autres moyens, autant que leurs états physiques.

D'autres mécanismes que l'interaction atome-photon peuvent produire des raies spectrales. Selon l'interaction physique exacte (avec des molécules, des particules simples, etc. ) la fréquence des photons impliqués changera énormément, et on peut observer des raies dans tout le spectre électromagnétique : des ondes radio aux rayons gamma.

En pratique, les raies n'ont pas une fréquence idéalement déterminée mais s'étalent sur une bande de fréquence. Les raisons de cet élargissement sont multiples :

Exemples de raies spectrales

Les lampes à décharges produisent les raies d'émission du gaz utilisé.

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