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.

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