M. P.I.THIAM Formateur au CRFPE de Tambacounda Effet photoélectrique ------------------- 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 www.pithiaminfosciences.e-monsite.com Page 1/3 M. P.I.THIAM Formateur au CRFPE de Tambacounda 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. www.pithiaminfosciences.e-monsite.com Page 2/3 M. P.I.THIAM Formateur au CRFPE de Tambacounda 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. www.pithiaminfosciences.e-monsite.com Page 3/3