Cours sur l`effet photoélectrique en version pdf - E

M. P.I.THIAM Formateur au CRFPE de Tambacounda
Effet photoélectrique
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Terminale S
I.
L’émission photoélectrique :
I.1- Mise en évidence : Expérience de HERTZ
a- La lame de zinc est posée sur l’électroscope chargé négativement. Lorsqu’on l’éclaire
avec une source riche en UV, la feuille de l’électroscope retombe : l’électroscope se décharge.
b- La même expérience est reproduite mais l’électroscope est chargé positivement :
Aucune modification n’est observée.
c- L’électroscope est chargé négativement mais on interpose entre la plaque de zinc et la
source une lame de verre qui a la propriété d’absorber les UV : La décharge n’a plus lieu.
I.2 – Interprétation
Les radiations ultraviolettes ont expulsé les électrons libres du métal zinc. L’excèdent
d’électrons de l’électroscope migre progressivement vers la lame de zinc.
I.3 – Définition
L’effet photoélectrique est l’émission d’électrons par un métal qui reçoit de l’énergie
rayonnante.
II.
La cellule photoémissive :
II.1 – Dispositif expérimental
Lumière
Monochromatique
Ampoule transparente
aux rayonnements
dans laquelle règne
le vide
Cathode
Anode
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Observation : La cathode est recouverte d’un métal photoémissif. Lorsqu’elle est
éclairée par une lumière monochromatique dont on peut faire varier l’intensité et la
fréquence, le galvanomètre dévie faiblement.
Interprétation : L’anode portée à un potentiel supérieur à celui de la cathode (grâce au
générateur), capte des électrons expulsés par le métal. Il en résulte un courant de faible
intensité.
II.2 – Seuil photoélectrique :
Pour un métal pur, l’émission photoélectrique ne peut se produire que si la longueur d’onde 
de la lumière excitatrice est inférieure à une longueur d’onde seuil 0 ( < 0 ). Cette longueur
d’onde seuil 0 est propre au métal photoémissif. Elle ne dépend pas de la puissance
lumineuse émise.
Exemples :0(cuivre ) = 0,29 m ; 0(zinc) = 0,37 m 0(calcium ) = 0,45 m
NB : La longueur d’onde  d’un rayonnement est liée par sa fréquence d’émission  par la
relation :
C

 en Hertz (Hz), C : célérité ou vitesse de la lumière dans le vide ( C = 3.108
m/s ),  en mètre.
Il y’a émission photoélectrique, lorsque  (fréquence de la lumière émise ) > 0
(fréquence seuil ).
III. Interprétation de l’effet photoélectrique par la théorie
d’EINSTEIN :
III.1 – Energie cinétique d’extraction
Pour qu’un électron soit expulsé d’un métal sous l’action d’une radiation convenable, il doit
absorber une énergie rayonnante W au moins égale à un travail W 0 appelée travail
d’extraction.
Si W > W0, l’excèdent d’énergie se retrouve dans l’énergie cinétique EC de l’électron expulsé.
EC = ½ mv2 = W – W0
Cette énergie cinétique est indépendante de l’énergie rayonnante; elle dépend de  et 0
EC = h ( - 0 ) h = 6,62.10-34 J/s
h est la constante de PLANCK. Elle est indépendante du métal considéré.
III.2 – Hypothèse d’EINSTEIN
Quelque soit la puissance de la lumière monochromatique de fréquence  reçu par un métal,
chacun des électrons expulsés emprunte à cette radiation la même énergie W = h appelé
quantum d’énergie.
L’énergie transportée par la radiation a une structure discontinue. Elle est répartie en grain
d’énergie ou photon transportant chacun le même quantum d’énergie h.
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IV.
Dualité Onde-Corpuscule
La lumière se présente sous deux aspects :
- un aspect corpusculaire ou elle est formée de corpuscules appelés photons qui sont
animés d’une vitesse C ( célérité de la lumière ) et transportant un quantum
d’énergie h.
- Un aspect ondulatoire ou elle est considérée comme un phénomène vibratoire se
propageant par onde.
V.
Applications
-
-
L’effet photoélectrique se retrouve dans les dispositifs de commande tels que la
mise en marche d’un escalier roulant, l’ouverture automatique d’une porte, le
déclenchement d’un système d’alarme.
Un faisceau lumineux invisible tombant sur une photopile, y produit un courant
photoélectrique dont la suppression par un corps étranger déclenche le
fonctionnement d’un dispositif.
L’effet photoélectrique est aussi utilisé dans les cellules photovoltaïques par
transformation de l’énergie solaire en énergie électrique.
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