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Chapitre 15 : Ouverture au monde quantique
I. Limites de la mécanique de Newton :
Au niveau macroscopique : un satellite peut graviter à une distance quelconque d’un astre.
D’après la mécanique de Newton, ce modèle dit : planétaire, affirme qu’il y a une infinité d’orbites
possibles et que l’on peut déterminer complètement le mouvement.
En revanche, au niveau submicroscopique, chaque atome a un volume bien défini donc le rayon
atomique d’un élément est précis ; on ne trouve pas les électrons d’un atome en orbite sur n’importe
quel rayon mais sur des couches bien définies , K, L, M, N…
⟹ le modèle planétaire ne peut s’appliquer à l’atome ; les Lois de Newton
ne sont plus valables dans le monde submicroscopique
II. Quantification des niveaux d’énergie :
1887 : expérience de Hertz, effet photo-électrique
Si l’on éclaire une plaque de zinc avec une lampe à incandescence, on ne relève aucun phénomène ;
quelle que soit sa puissance, il ne se passe rien, aucun électron n’est éjecté.
Si l’on éclairez maintenant la même plaque de zinc avec un rayonnement UV, on constate que même à
très faible puissance, des électrons sont éjectés.
Comment expliquer ce phénomène, dit : effet photo-électrique ?
1900 : Max Planck émet l’hypothèse que les échanges d’énergie ne se font pas de façon continue mais
par paquets, ou quantas, c’est-à-dire que chaque radiation lumineuse de fréquence transporte une
certaine quantité d’énergie
1905 : Einstein : « les quantas sont portés par des corpuscules de pure énergie, de masse nulle, et se
déplaçant à la vitesse de la lumière » : les photons
L’énergie d’un photon correspondant à une radiation de fréquence (et donc de longueur d’onde
= ) est donnée par la relation :
1913 : Postulat de Bohr :
- Les variations d’énergie de l’atome sont quantifiées
Les niveaux d’énergie sont quantifiés, l’atome ne peut exister que dans certains états d’énergie bien
définis ; les orbites sur lesquelles gravitent les électrons sont quantifiées