IV – Interaction lumière-matière
Intro : Photo de Solvay avec les noms et les prix Nobel
1) Effet photoélectrique
Expérience en « live » : une baguette en verre est frottée avec une peau de chat pour charger positivement la
baguette. On l'approche du plateau de l'électroscope sans qu'elle ne le touche (l'électroscope se charge par
influence).
On pose le doigt sur le plateau pour le mettre à la terre. On retire le doigt puis on éloigne la baguette du plateau :
L'électroscope est alors chargé négativement. Les photons de la lampe UV vont pouvoir extraire les électrons de la
plaque de zinc à condition de retirer la vitre en verre (qui absorbe les photons dans les UV).
Un corps métallique est soumis à un rayonnement lumineux (UV). Sous l’effet de ce rayonnement, des électrons sont
émis par ce métal.
Si le métal est relié à un électroscope, nous pouvons remarquer qu’une partie des charges négatives c'est-à-dire des
électrons a disparu.
On montre que :
L’énergie E des électrons extraits du métal dépend de la fréquence ν de la lumière d’éclairage mais pas de son
intensité. L’intensité n’influence que sur la quantité d’électrons éjectés.
La lumière doit être reçue à une fréquence ν donnée par le type de métal pour donner naissance à l’effet
photoélectrique.
2) Spectres d’émission et d’absorption d’une substance
Expérience : montrer spectre d’émission du Na avec la fibre optique et celui d’absorption avec tout le gros montage.
Si pas possible, utiliser l’animation spectre abs et em
L’émission et l’absorption de la lumière par les substances ne se produit pas de façon continue mais par portions
finies ou par quantas.
3) Synthèse
Pour la matière : - Un atome ne peut exister que dans des états bien définis, chaque état étant caractérisé par un
niveau d’énergie E. L’énergie d’un atome est quantifiée.
Pour la lumière : - Une radiation lumineuse transporte un quantum d’énergie :
avec constante de Planck
en Joules : J
en Hertz : Hz
- Un rayonnement monochromatique peut être assimilé à une particule appelée photon.
Rq :
donc
avec vitesse de la lumière
Application :
L’énergie nécessaire pour extraire un électron de la plaque de zinc est .
Quelle sont la fréquence et la longueur d’onde du rayonnement correspondant ?
C’est la fréquence de seuil pour laquelle l’effet photoélectrique peut avoir lieu.
(domaine des UV). Longueur d’onde de seuil.