Physique & Chimie au lycée

Cours de physique-chimie pour les classes de 1ère et Terminale

Sommaire
SP-1 ES-1
SP-T ES-T
3e SNT
Divers Annales

P11. Modèle corpusculaire de la lumière

La double nature de la lumière (ondulatoire et corpusculaire) a déjà été abordée en première, dans le chapitre P8. En terminale nous irons un peu plus loin (mais pas beaucoup plus).

Effet photoélectrique

  • Décrire l’effet photoélectrique, ses caractéristiques et son importance historique.
  • Interpréter qualitativement l’effet photoélectrique à l’aide du modèle particulaire de la lumière.
  • Établir, par un bilan d’énergie, la relation entre l’énergie cinétique des électrons et la fréquence.

L'effet photoélectrique est le phénomène d’émission d'électrons par un matériau soumis à l'action d’une onde électromagnétique.

Un peu d’histoire

Ce phénomène a été compris et présenté en 1887 par Heinrich Rudolf Hertz. Grâce à l'effet photoélectrique, il est devenu possible d'obtenir des « rayons cathodiques de faible énergie » (ce qui sera interprété ensuite comme un faisceau d'électrons « lents »).
Mais les mesures faites sur l'effet photoélectrique entraient en contradiction avec la physique de l’époque (les électrons étaient éjectés beaucoup plus vite que ce que les calculs prévoyaient). C'est cette contradiction qui inspira Einstein pour interpréter cet effet photoélectrique.
Albert Einstein fut le premier, en 1905, à en proposer une explication, en utilisant le concept de particule de lumière, appelé aujourd'hui photon, et celle du quantum d'énergie initialement introduits par Max Planck en 1900 dans le cadre de ses travaux sur corps noir. Einstein a expliqué que ce phénomène était provoqué par l'absorption de photons, les quanta de lumière, lors de l'interaction du matériau avec la lumière. Cette explication lui valut le prix Nobel de physique en 1921.

Pour les plus curieux, voir cet article sur Wikipédia, court et assez simple.

Ce postulat d’Einstein (l’existence du photon) est une élément fondateur d’une des deux branches de la physique actuelle : la mécanique quantique. D’où mon petit paragraphe historique. 😊

Transfert d’énergie photon-électron

Si un photon n’a pas assez d’énergie pour arracher un électron au matériau, il n’y a pas d’effet photoélectrique. S’il en a assez, l’énergie du photon ($*h\nu*$) sert à :

  • Arracher un électron au matériau (énergie $*\phi*$)
  • Communiquer de l’énergie cinétique à cet électron ($*E_c*$)
Si un photon d’énergie 5 eV arrive sur un matériau pour lequel il faut fournir $*\phi*$ = 3 eV pour arracher un électron, l’électron arraché aura une énergie cinétique de 2 eV.

On peut du même coup calculer la longueur d’onde maximale nécessaire ($*\lambda_0*$) pour arracher un photon au matériau : $µ \lambda_0 = \frac {hc} \phi µ$

Cellule photovoltaïque

  • Expliquer qualitativement le fonctionnement d’une cellule photoélectrique.

Eh bien ce paragraphe va être vite traité… Allez donc voir le chapitre 2.1 d’Enseignement Scientifique, tout y est dit.

Eh bien voilà. Je crois qu’on a fini le programme de physique de l’année… 😎