Bilan énergétique de l'effet photoélectrique et relation d'Einstein

Terminale générale Spé · Physique-Chimie Spé Terminale

À retenir

• Bilan d'Einstein : E_c^ = h - W_0 = h ( - _0). • Vitesse maximale : v_ = 2 E_c^m_e avec m_e = 9,11 10^-31 kg. • Potentiel d'arrêt : e U_0 = E_c^ U_0 = h/e - W_0/e. • Pente de la droite U_0 = f() : égale au quotient universel h / e, indépendante du métal utilisé !

Le cours

Conservation de l'énergie, énergie cinétique maximale et tension d'arrêt Lors de l'effet photoélectrique, un électron absorbe l'intégralité de l'énergie d'un photon unique (interaction un photon un électron) : • Bilan de conservation de l'énergie d'Einstein : L'énergie E = h apportée par le photon incident sert en priorité à vaincre le travail d'extraction W_0 retenant l'électron. Le surplus d'énergie est emporté par l'électron sous forme d'énergie cinétique. • Pour un électron situé directement en surface du métal (qui ne subit aucune perte d'énergie par collision interne), l'énergie cinétique maximale E_c^ vaut : E_c^ = h - W_0 = h - h _0 = h ( - _0) • Avec E_c^ = 1/2 m_e (v_)^2, la vitesse maximale des électrons éjectés est : v_ = 2 \, (h - W_0)/m_e où m_e 9,11 10^-31 kg est la masse de l'électron. • Tension d'arrêt U_0 (ou potentiel d'arrêt) : Dans une cellule photoélectrique, si l'on applique une tension inverse répulsive U_0 entre l'anode et la cathode qui stoppe même les électrons les plus rapides, le travail électrique freineur compense l'énergie cinétique maximale : e U_0 = E_c^ U_0 = h/e - W_0/e Cette droite affine U_0 = f(), vérifiée expérimentalement par Robert Millikan en 1916, a permis de déterminer la valeur exacte de la constante de Planck h.

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