JP Rozet 2007
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II - L'EFFET PHOTOELECTRIQUE
1) Description
Cet effet, découvert par Hertz en 1887, sera interprété par Einstein en 1905 : son interprétation viendra renforcer
l'idée que les échanges d'énergie avec le champ électromagnétique se font de façon discontinue.
Rappelons les principales caractéristiques de l'effet photoélectrique :
I
V
Anode
Photocathode
( Fe )
I
V
ν croissante
V (ν )
01 V (ν )
02V (ν )
03
- lorsqu'on irradie une plaque métallique avec
de la lumière ultraviolette, on constate que des
électrons sont arrachés (si la plaque métallique est la
cathode d'un tube à vide, on peut accélérer ces
électrons par la différence de potentiel cathode-anode
et mesurer l'intensité du courant d'électrons).
- lorsque, à longueur d'onde et puissance
lumineuse données, on fait varier la tension
accélératrice, on constate que le courant augmente
pour atteindre une valeur de saturation I (celle-ci
s'interprète comme correspondant au cas où tous les
électrons arrachés de la cathode rejoignent l'anode). On
constate de plus que le courant de saturation I
augmente linéairement avec la puissance lumineuse (ce
qui s'explique facilement : le nombre d'électrons
arrachés varie linéairement avec l'énergie absorbée).
Si ces deux constatations sont donc faciles à expliquer, le reste des résultats est a priori plus étonnant :
- l'effet photoélectrique ne se manifeste que pour des longueurs d'onde de la lumière incidente suffisamment
petites : il existe une fréquence seuil ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
λ
=ν s
sc en dessous de laquelle le phénomène ne se produit pas. Cette
fréquence seuil est caractéristique du matériau constitutif de l'anticathode.
- lorsque l'on diminue la tension accélératrice V au voisinage de la valeur zéro, le courant I diminue aussi :
cependant, il reste non nul pour V=0 et ne s'annule que pour une valeur négative V0 donnée, appelée contre-tension
maximale, au delà de laquelle I=0. Cette contre-tension V0 obéit à des lois difficiles à expliquer avec les lois de
l'électromagnétisme classique :
- la valeur de V0 est indépendante de la puissance lumineuse incidente et ne dépend que de la fréquence ν de la
lumière incidente, ainsi que de la nature du métal.
- V0 augmente linéairement avec la fréquence (au dessus de la fréquence seuil νS) :