Cours : Chap II NATURE CORPUSCULAIRE DE LA LUMIERE (EFFET PHOTOELECTRIQUE)

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Chap II NATURE CORPUSCULAIRE DE LA LUMIERE

Chap II : NATURE CORPUSCULAIRE DE LA LUMIERE : EFFET PHOTOELECTRIQUE

1- 1- Existence de l’effet photoélectrique :

Réalisons le montage suivant :

expérience de Hertz

Source : https://fr.wikibooks.org/wiki/Physique_atomique/Effet_photo%C3%A9lectrique

ü On charge négativement le conducteur formé par l’électroscope et le plaque de zinc. Les deux feuilles métalliques s’écartent.

Si on éclaire la plaque par une source de lumière riche en radiations UV (0,01<λ<0,4µm), les feuilles retombent rapidement, preuve que le conducteur constitué par la plaque et les feuilles de l’électroscope se décharge.

ü On charge à nouveau le conducteur négativement et on intercale entre la source de lumière et la plaque de zinc une lame de verre qui absorbe l’UV, puis on éclaire la plaque : la décharge n’a plus lieu.

Conclusion :

Une plaque de zinc électrisés négativement se décharge quant elle reçoit des radiations UV. Donc, les radiations UV expulsent des électrons du métal.

Cette émission d’électrons par un corps qui reçoit de l’énergie rayonnante constitue l’effet photoélectrique, découvert par Hertz en 1887.

Définition :

On appelle effet photoélectrique l’extraction d’électrons d’un métal par l’énergie apportée par la lumière qui est une onde électromagnétique.

2- 2- Lois de l’émission photoélectrique des métaux purs placés dans le vide :

a) a) Dispositif expérimental :

Source : https://fr.wikibooks.org/wiki/Physique_atomique/Effet_photo%C3%A9lectrique

Une cellule photoémissive est une ampoule en verre transparent à l’UV dans laquelle règne un vide parfait. Elle comporte :

- - Une cathode C (métal à étudier)

- Une anode A (réduite à un fil métallique)

La cathode est éclairée par une lumière monochromatique dont on peut faire varier l’intensité et la fréquence.

L’anode, de potentiel supérieur à la cathode, capte les électrons expulsés par le métal. Il en résulte dans le circuit extérieur un courant de très faible intensité mesuré par le galvanomètre G.

b) b) Résultats expérimentaux :

1- Pour un métal pur, l’émission photoélectrique ne se produit que si la fréquence de la lumière excitatrice est supérieure à une limite caractéristique de ce métal. s’appelle fréquence seuil.

⇒ ⇒⇒

La longueur d’onde de la lumière est inférieure à la longueur d’onde limite qui caractérise le seuil d’excitation.

On appelle longueur d’onde seuil d’un métal la valeur maximale de la longueur d’onde pour qu’il y ait effet photoélectrique.

Exemples de longueurs d’onde seuil de quelques métaux :

Métal	(µm)	Radiations utilisés pour avoir l’effet photoélectrique
Césium	0,66	Visibles (0,4µm<λ<0,75µm)
Potassium	0,55
Calcium	0,45
Zinc	0,37	UV (0,01µm<λ<0,4µm)
Cuivre	0,29
Argent	0,27
Platine	019

2- L’émission photoélectrique est instantanée, le courant photoélectrique apparaît et cesse en même temps que l’irradiation de la cathode.

3- L’intensité de l’émission photoélectrique est proportionnelle à la puissance rayonnante reçue par la cathode.

Pour une lumière de fréquence donnée, si la d.d.p entre l’anode et la cathode V_A-V_C est suffisante, tous les électrons émis par la cathode sont captés par l’anode dans le même temps.

4- Le courant de saturation étant établi. Le courant ne s’annule pas que pour une d.d.p négative suffisante –U₀ appelée potentiel d’arrêt.

Source : https://fr.wikibooks.org/wiki/Physique_atomique/Effet_photo%C3%A9lectrique

U_M: tension de saturation I_M: courant de saturation

3- 3- Interprétations :

a) a) Hypothèse d’Einstein :

Pour expliquer l’effet photoélectrique, il faut considérer les radiations monochromatiques de fréquence comme des faisceaux de particules appelés photons. Chaque photon transporte une énergie W.