Fiche de révision

Le photon, ou le modèle corpusculaire de la lumière

Tle STI2D Physique-Chimie L'énergie transportée par la lumière

La physique du xxe siècle a montré que l'énergie transportée par la lumière est quantifiée. On appelle photon le quantum d'énergie, c'est-à-dire la plus petite quantité d'énergie indivisible. C'est aussi une particule (ou un corpuscule) dénuée de masse.

L'existence de cette particule ne contredit pas la théorie des ondes électromagnétiques. Il revient à Isaac Newton d'avoir proposé le premier une théorie corpusculaire de la lumière.

C'est en 1905 qu'Albert Einstein reprend l'idée que la lumière peut avoir une nature corpusculaire : il explique l'effet photoélectrique en proposant l'existence des photons, sorte de grains d'énergie lumineuse. Einstein admet que la fréquence ν de cette lumière est liée à l'énergie E d'un photon par la relation dite de Planck-Einstein :

Définition

Effet photoélectrique : émission d'électrons par un matériau soumis à l'action de la lumière.

Image dont le contenu est h : la constante de Planck, qui vaut 626 × 10–34 joules-seconde (J.s)E = h × ν ν : la fréquence en hertz (Hz) E : l'énergie en joule (J); Fin de l'image

APPLICATION

L'émission d'un laser hélium-néon a pour longueur d'onde λ = 632 nm dans l'air : il est donc visible et de couleur rouge. Calculer l'énergie d'un photon de cette lumière.

Rappel : c=3,00×108 m.s−1.

E=h×ν, or  λ=cν soit ν=cλ.

Ainsi, E=h×cλ=6,626×10−34×3×108632×10−9=3,14×10−19 J.

On utilise aussi une autre unité d'énergie, l'électron-volt : 1 eV = 1,60 × 10–19 J.

Dans le cas de ce laser, l'énergie correspondant à cette longueur d'onde vaut donc :

E = 3,14 × 10–19/1,60 × 10–19 = 1,96 eV.

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