Le photon et l'effet photoélectrique
Résumé de cours
Le photon et l'effet photoélectrique Physique-Chimie · Tle · Les Génies des Sciences · geniesdessciences.com
Ce résumé condense l’exigible du chapitre. Une expérience historique — un métal éclairé émet des électrons — que seul le modèle particulaire de la lumière explique : c’est ce qui a valu son prix Nobel à Einstein.
Le photon
Énergie d’un photon
h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s, c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹, ν en Hz, λ en m, E en J. Le photon a une masse nulle et se déplace à c dans le vide.
L’électronvolt
1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J — l’unité adaptée à l’échelle atomique. Réflexe : convertir en joule avant tout calcul.
L’effet photoélectrique
Un métal éclairé émet des électrons, à deux conditions près :
- Chaque photon interagit avec un seul électron : le transfert d’énergie est « tout ou rien ».
- Le travail d’extraction est l’énergie minimale pour arracher un électron — caractéristique du métal.
- En dessous de la fréquence seuil , aucun électron n’est émis, quelle que soit l’intensité lumineuse : c’est le fait inexplicable par le modèle ondulatoire.
Bilan d’énergie
L’énergie du photon sert d’abord à extraire l’électron ; l’excédent devient énergie cinétique. Énergies en J (ou en eV, de façon cohérente).
Le piège central du chapitre
Augmenter l’intensité lumineuse augmente le nombre d’électrons émis (plus de photons), jamais leur énergie cinétique maximale — celle-ci ne dépend que de la fréquence. Et ne pas confondre ν (fréquence) et v (vitesse).
Sur le graphique : une droite de pente qui coupe l’axe des fréquences en — c’est ainsi qu’on mesure la constante de Planck.
La cellule photovoltaïque
Un photon absorbé dans le semi-conducteur libère un électron : la cellule convertit l’énergie lumineuse en énergie électrique.
Rendement
Sans unité. E : éclairement en W·m⁻² (attention, ici E n’est pas une énergie), S : surface de la cellule en m².
Applications de l’interaction photon-matière
À savoir citer : capteurs de lumière (photodiodes), cellules photovoltaïques, DEL (le sens inverse : un électron émet un photon), spectroscopies (UV-visible, IR).
Et la conclusion attendue sur la nature de la lumière : elle n’est ni « une onde » ni « des particules » — chaque modèle décrit certains phénomènes (diffraction et interférences pour l’onde, effet photoélectrique pour le photon).