Découvrir le photon

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Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie, matière et rayonnement
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Découvrir le photon

FB_Bac_98618_PhyT_S_011

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Rappels de cours

1La découverte du photon


 Un métal peut émettre des électrons lorsqu’il est soumis à un rayonnement lumineux. Ce phénomène est appelé effet photo­électrique. Pour le provoquer, il est inutile d’augmenter l’intensité du faisceau lumineux (expérience 1).

Il faut que la fréquence soit suffisamment élevée (expérience 2) : l’intensité des deux ondes est identique, mais la fréquence de l’onde 2b est supérieure à celle de l’onde .

 En 1900, M. Planck suppose que l’énergie est échangée entre les ondes et le métal par « paquets ». Chaque paquet est un « quantum » d’énergie dont la valeur est proportionnelle à la fréquence de l’onde :



, énergie portée par un « quantum » en

, fréquence de l’onde, en Hz, parfois notée ν

, constante de Planck

 En 1905, A. Einstein postule que la lumière est composée de quanta d’énergie appelés photons et explique l’effet photoélectrique (>fiche12).

2Émission et absorption quantique d’un photon


 Un atome ne peut avoir qu’un nombre discret de niveaux d’énergie :

 Un atome dans l’état d’énergie En peut absorber ou émettre une radiation électromagnétique de fréquence s’il existe un état de l’atome tel que :



en  ; et en

À cette radiation est associé le photon absorbé ou émis, d’énergie.

Méthodes

Données :  ;  ;

.

Convertir des électronvolts en joules

L’énergie E nécessaire pour extraire par effet photoélectrique un électron d’un atome de zinc est de 3, 3 eV.

1. Sous quelle(s) forme(s) l’énergie est-elle apportée ?

2. Calculer la fréquence ν et la longueur d’onde λ correspondante.

Conseils

1. On se placera des deux points de vue, corpusculaire et ondulatoire.

2. Dans la formule E= h f ou h ν, l’énergie est en joules.

Solution

1. D’un point de vue ondulatoire, l’énergie est apportée par une onde lumineuse de fréquence . D’un point de vue corpusculaire, elle est apportée par un photon d’énergie cinétique E.

2.

(Rayonnement U.V.).

Calculer la valeur de l’énergie associée à un niveau


Sur le diagramme d’énergie de l’atome de sodium sont représentées les désexcitations correspondant aux radiations de fréquences et . Calculer E3 et E2.

Solution

On applique la relation au cas particulier.

D’après le schéma, donc comme f1>f2 on a et . Il vient finalement et .

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