Modèle particulaire de la lumière et quantum d'énergie du photon
Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique
À retenir
• Dualité : onde pour la propagation, photons pour l'interaction matière-rayonnement. • Le photon a une masse nulle (m = 0), une charge nulle (q = 0) et file à la vitesse c dans le vide. • Énergie transportée sous forme de grains indivisibles (quanta). • Puissance d'un faisceau de photons : P = N E_photon avec N photons par seconde. • Plus la fréquence est élevée, plus le quantum de chaque photon individuel est grand.
Le cours
1. Dualité onde-corpuscule et quantum d'action Pour expliquer l'émission du corps noir et l'effet photoélectrique, Max Planck (1900) et Albert Einstein (1905) ont introduit la quantification de l'énergie électromagnétique. La lumière présente une nature duale : • Aspect ondulatoire : décrit la propagation, la diffraction et les interférences (onde continue caractérisée par et ). • Aspect corpusculaire : décrit l'émission, l'absorption et les échanges d'énergie avec la matière, structurés en paquets élémentaires indivisibles appelés photons. 2. Propriétés physiques du photon Le photon est la particule médiatrice de l'interaction électromagnétique : • Charge électrique rigoureusement nulle : q = 0. • Masse au repos nulle : m = 0. • Vitesse de déplacement dans le vide égale à la célérité c dans tous les référentiels. • Il transporte une quantité d'énergie bien définie liée à sa fréquence. 3. Flux de photons et puissance d'un faisceau Un faisceau lumineux monochromatique de puissance continue P émet par seconde un nombre N de photons tel que : P = N E_photon = N h L'intensité d'un faisceau macroscopique correspond au nombre de photons transportés par seconde et par unité de surface.
Dans ce chapitre
- Champs électrique et magnétique statiques de classe de 1ère
- Longueur d'onde et vitesse de la lumière dans le vide de classe de 1ère
- Énergie cinétique et conservation de l'énergie d'un électron de classe de 1ère
- Nature vectorielle d'une onde électromagnétique transversale
- Célérité des ondes électromagnétiques dans le vide et dans un milieu diélectrique
- Spectre électromagnétique complet des rayons gamma aux ondes kilométriques
- Rayonnement thermique du corps noir et loi du déplacement de Wien
- Modèle particulaire de la lumière et quantum d'énergie du photon
- Relation de Planck-Einstein et conversion d'énergie en électronvolts
- Niveaux d'énergie discrets d'un atome et spectres de raies
- Loi de Beer-Lambert et absorbance spectrale d'une solution
- Effet photoélectrique externe et travail d'extraction d'un métal
- Caractéristique courant-tension d'une cellule photovoltaïque et point de puissance maximale
- Bilan : Synthèse et méthode sur Ondes électromagnétiques, spectre et modèle particulaire du photon