CHAPITRE 15 : TRANSFERTS QUANTIQUES D`ENERGIE ET

TRANSFERTS QUANTIQUES D’ENERGIE ET DUALITE ONDE-PARTICULE
PHYSIQUE-CHIMIE
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CHAPITRE 15 :
I. Ondes ou particules ?
a. La lumière :
 L’énergie de la lumière est transportée par des photons qui présentent un aspect particulaire et
ondulatoire.
 L’énergie d’un photon est : E = h  c. Donc dans le vide, E = 
.
Avec E exprimée en joule (J), h la constante de Planck en joule-seconde (J.s) et v la fréquence de l’onde en hertz (Hz).
b. La matière :
 La dualité onde-particule conduit à associer une onde de longueur d’onde λ, à toute particule,
matérielle ou non, de quantité de mouvement de valeur p telle que  
. C’est la relation de de
Broglie
p s’exprime en kilogramme-mètre par seconde (    ), h en joule-seconde (J.s) et λ en mètre.
 Cette relation implique donc  
.
c. Interférences particule par particule :
 Les phénomènes quantiques présentent un aspect probalistique : on peut au mieux établir la
probabilité de présence d’une particule de présence d’une particule à un endroit donné.
II. Le laser :
a. Emission spontanée de photons :
 Un atome peut émettre spontanément un proton quand il passe d’un niveau d’énergie Ep à un
niveau d’énergie inférieur En.
 L’énergie quantifiée de ce photon est telle que E =     .
b. Emission stimulée :
 Lors d’une émission stimulée, un photon incident interagit avec un atome initialement excité et
provoque l’émission d’un second photon par cet atome.
 L’énergie du photon incident doit être égale à la différence d’énergie entre deux niveaux
d’énergie de cet atome.
 Deux photons sont obtenus après émissions stimulé : le photon émis et le photon incident. Ces deux
photons ont même fréquence, mêmes direction et sens de propagation et sont en phase.
c. L’inversion de population :
 L’émission stimulée est favorisée par l’inversion de population qui consiste à maintenir plus
d’atomes dans un état excité que dans l’état fondamental.
 Cette situation est obtenue grâce à un apport d’énergie.
CHAPITRE 15 :
TRANSFERTS QUANTIQUES D’ENERGIE
ET DUALITE ONDE-PARTICULE

TRANSFERTS QUANTIQUES D’ENERGIE ET DUALITE ONDE-PARTICULE
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CHAPITRE 15 :
d. L’amplification :
Dans l’oscillation laser, limité par deux miroirs, les émissions stimulées successives font
augmenter le nombre de photons qui ont même fréquence, mêmes direction et sens de
propagation et sont en phase. C’est l’amplification laser.
e. Propriétés du laser :
 Un laser émet un faisceau lumineux monochromatique.
 Il est très directif, ce qui permet une concentration spatiale de l’énergie.
 Les lasers à impulsions permettent de plus une concentration temporelle de l’énergie.
III. Domaine spectrale et transition d’énergie :
a. Energie dans une molécule :
 Une molécule est constituée d’atomes qui vibrent les uns par rapport aux autres.
 Outre l’énergie électronique, une molécule possède une énergie vibratoire.
 Ces deux énergies sont quantifiées.
b. Transitions énergétiques :
 Une transition d’énergie électronique est associée à une radiation ultraviolette ou visible.
 Une transition d’énergie vibratoire est associée à une radiation infrarouge.