Transferts quantiques d`énergie

Transferts quantiques d'énergie
Les phénomènes quantiques apparaissent avec des objets microscopiques lorsque la mécanique
de Newton ne permet pas de les expliquer. La physique quantique est une des deux théories
majeures du XXème siècle. Le laser et la microscopie électronique ont pu voir le jour grâce aux
avancées de la physique quantique.
1) Dualité onde particule
Activité 1 p376
1.1) La lumière
La lumière se comporte tantôt comme une onde tantôt comme une particule. Les conditions de
l’expérience définissent son comportement particulaire ou ondulatoire. Einstein introduit le photon
en 1905.La lumière est transportée par des photons :
Energie :
Masse nulle
h est la constante de Planck
Charge électrique nulle
h=6.63.10-34J.s
Célérité c = 3.00.108m/s
Longueur d’onde dans le vide :
1.2) Relation de De Broglie
Louis De Broglie associe une de longueur d’onde
à toute particule matérielle.
p est la quantité de mouvement.
Activité 4 p380
Exercice résolu page388 : expérience de Davisson et Germer (Utiliser l’animation présente sur le blog)
2) Transfert quantique d’énergie
2.1) absorption et émission spontanée
Un atome (ou tout autre objet microscopique,
particule) possède des niveaux d’énergie
quantifiés.
L’atome absorbe un photon si l’énergie de ce
dernier correspond exactement à la différence
d’énergie entre deux niveaux.
Le niveau supérieur est instable (état excité). La
désexcitation ramène l’atome dans un état
inférieur avec émission d’un photon.
TP : Comment estimer la valeur de la constante fondamentale de Planck ?
2.2) émission stimulée
Le photon incident garde la même énergie et un second
photon de même énergie est émis.
Les deux photons ont même fréquence même sens
même direction de propagation et même phase.
3) Le L.A.S.E.R
Expérience de cours : transmission d’une information à distance
(Voir livre p379)
http://www.toutestquantique.fr/#laser
http://phet.colorado.edu/fr/simulation/lasers
http://www.onera.fr/lumiere/medias/laser.swf
3.1) principe
Le laser est constitué d’un milieu amplificateur où se produit l’émission stimulée. Un dispositif de
« pompage optique » excite le milieu amplificateur. Il se produit une inversion de population. Une
cavité résonnante (espace entre deux miroirs) provoque de multiples allers retours de l’onde.L’un
des deux miroirs est semi réfléchissant ce qui permet d’obtenir le faisceau laser en sortie.
Exercice résolu p 389 : Schématiser l’effet laser
Utiliser l’animation présente sur le blog
3.2) propriétés de la lumière laser

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
Monochromaticité
Directivité
Puissance
Exercice n°29 p396
3.3) applications
Médecine, industrie, chantiers, armement , DVD, ou dans les fibres optiques des réseaux
internet, blue ray, laboratoires…
4) Aspect probabiliste
Activité 2 p377 (TS Hachette)
L’activité illustre bien l’aspect probabiliste des phénomènes quantiques.
Dans les expériences d’interférence photon par photon (ou particule de matière par particule de
matière) les prévisions sur le comportement d’un photon ne peuvent être que de type probabiliste.
http://www.physique.ens-cachan.fr/old/franges_photon/interference.htm
Clip vidéo