Effet photoélectrique : description et interprétation quantique

Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère

À retenir

• Effet photoélectrique : un métal éclairé émet des électrons si la fréquence dépasse un seuil _0. • Un photon cède toute son énergie à un seul électron : émission si h W_0. • _0 = W_0/h et _0 = hc/W_0 : émission si _0. • L'intensité fixe le nombre d'électrons émis, pas leur énergie.

Le cours

1. Le phénomène L'effet photoélectrique est l'émission d'électrons par un métal éclairé. Observé par Hertz en 1887 : une plaque de zinc chargée négativement se décharge sous une lampe ultraviolette, mais reste chargée sous une lumière visible, même très intense. Il existe une fréquence seuil _0, propre au métal : en dessous, aucun électron n'est émis, quelle que soit l'intensité. Au-dessus du seuil, l'émission est immédiate, même sous un éclairement très faible. Augmenter l'intensité augmente le nombre d'électrons émis, pas leur énergie. 2. L'interprétation d'Einstein (1905) Le modèle ondulatoire n'explique pas le seuil : une onde intense devrait finir par arracher les électrons. Einstein l'interprète avec les photons : chaque photon cède toute son énergie à un seul électron. L'électron ne sort que si cette énergie dépasse le travail d'extraction W_0 du métal. Émission h W_0 _0 = W_0/h _0 = hc/W_0 Ce travail lui a valu le prix Nobel en 1921. L'étude quantitative du phénomène est approfondie en Terminale. 3. Méthode : prévoir s'il y a émission 1. Calculer l'énergie d'un photon E = hc/ (ou h). 2. L'exprimer dans la même unité que W_0 (J ou eV). 3. Si E W_0 : émission ; sinon aucune émission, même avec une lumière très intense. Équivalent : il y a émission si _0, c'est-à-dire si _0. 4. Attention Le seuil est une condition sur la fréquence (énergie de chaque photon), pas sur la puissance du faisceau. Et _0 correspond à _0 : les inégalités s'inversent.

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