Exercices 111
Exercice 4.4 Une énergie quantifiée
L’expérience menée par James Franck et Gustav Hertz en 1914 a pour objet de prouver la
quantification des niveaux d’énergie des électrons dans les atomes, ce qui en fait l’une des
expériences fondamentales de la physique quantique. Elle a ainsi permis de confirmer les
hypothèses du modèle de l’atome de Bohr.
V G
E
I
(C)
(G) (A)
Ampoule
Dans une ampoule fermée contenant une vapeur de mercure sous faible pression, des électrons
sont émis par un filament chauffé constituant la cathode (C). Une grille (G) à large maille et
portée au potentiel V G > 0 permet d’accélérer les électrons émis par la cathode. L’électrode
collectrice (A) est portée à un potentiel positif V A = V G − E plus petit que celui de la grille.
La tension E est constante et l’intensité I du courant circulant dans le tube est mesurée pour
différentes valeurs de V G .
Les électrons peuvent subir deux types de collisions avec les atomes du gaz :
— des chocs élastiques où l’électron conserve son énergie cinétique.
— des chocs inélastiques où l’électron peut transférer de l’énergie à l’atome.
Une perte d’énergie importante des électrons les rend incapables d’atteindre l’anode ( ils
rejoignent la grille) et on observe alors une chute de l’intensité I du courant traversant le
tube.
Expérience de Franck et Hertz ( d’après Wikipédia)
La constante de Planck est h = 6,63 · 10
−34 J · s.
1. Expliquer pourquoi des électrons se déplaçant de (C) vers (A) sont d’abord accélérés entre (C)
et (G) puis ralentis entre (G) et (A).
2. Expliquer pourquoi l’intensité I augmente lorsque la tension V G augmente depuis la valeur
V G = 0. Déterminer graphiquement la valeur V G1 de V G pour laquelle l’intensité chute une
première fois. Que se passe-t-il alors ?
3. Expliquer en quoi l’expérience vient confirmer la notion de niveaux d’énergie discontinus de
l’atome.
4. Interpréter alors le reste de la courbe.
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
partagelivrescpge.blogspot.com
Exercice 4.4 Une énergie quantifiée
L’expérience menée par James Franck et Gustav Hertz en 1914 a pour objet de prouver la
quantification des niveaux d’énergie des électrons dans les atomes, ce qui en fait l’une des
expériences fondamentales de la physique quantique. Elle a ainsi permis de confirmer les
hypothèses du modèle de l’atome de Bohr.
V G
E
I
(C)
(G) (A)
Ampoule
Dans une ampoule fermée contenant une vapeur de mercure sous faible pression, des électrons
sont émis par un filament chauffé constituant la cathode (C). Une grille (G) à large maille et
portée au potentiel V G > 0 permet d’accélérer les électrons émis par la cathode. L’électrode
collectrice (A) est portée à un potentiel positif V A = V G − E plus petit que celui de la grille.
La tension E est constante et l’intensité I du courant circulant dans le tube est mesurée pour
différentes valeurs de V G .
Les électrons peuvent subir deux types de collisions avec les atomes du gaz :
— des chocs élastiques où l’électron conserve son énergie cinétique.
— des chocs inélastiques où l’électron peut transférer de l’énergie à l’atome.
Une perte d’énergie importante des électrons les rend incapables d’atteindre l’anode ( ils
rejoignent la grille) et on observe alors une chute de l’intensité I du courant traversant le
tube.
Expérience de Franck et Hertz ( d’après Wikipédia)
La constante de Planck est h = 6,63 · 10
−34 J · s.
1. Expliquer pourquoi des électrons se déplaçant de (C) vers (A) sont d’abord accélérés entre (C)
et (G) puis ralentis entre (G) et (A).
2. Expliquer pourquoi l’intensité I augmente lorsque la tension V G augmente depuis la valeur
V G = 0. Déterminer graphiquement la valeur V G1 de V G pour laquelle l’intensité chute une
première fois. Que se passe-t-il alors ?
3. Expliquer en quoi l’expérience vient confirmer la notion de niveaux d’énergie discontinus de
l’atome.
4. Interpréter alors le reste de la courbe.
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