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Dans la suite, on s’intéressera principalement à deux des niveaux d’énergie de l’atome,
notés f et e, d’énergie E f et E e , telles que E f < E e . On pourra par exemple considérer
que f est le niveau fondamental de l’atome (c’est-à-dire celui d’énergie – interne - la plus
faible), et que e est un niveau excité (toutefois cette hypothèse n’est pas indispensable, et
f et e peuvent être deux niveaux excités).
– Le rayonnement électromagnétique est quantifié, dans le sens qu’un faisceau lumineux
monochromatique, de fréquence n, est constitué de photons, d’énergie
E = hn
(109)
où h = 6,62 · 10
−34 J.s est la constante de Planck. En particulier, les échanges d’énergie
entre ce rayonnement et la matière ne peuvent se faire que par quantum d’énergie hn.
On exprime parfois ce quantum d’énergie en fonction de la pulsation v = 2pn du
rayonnement :
E = v
(110)
où la constante est définie par =
h
2p
.
– Un atome n’échange de l’énergie avec un rayonnement monochromatique que si la
fréquence de ce rayonnement est égale à certaines valeurs (appelées fréquences de résonance). Pour comprendre ce résultat, considérons par exemple l’absorption de rayonnement (de fréquence n) par un atome dans l’état f, qui porte cet atome dans l’état e.
L’énergie du rayonnement ne peut être absorbée que par quantum d’énergie hn ; en d’autres
termes le rayonnement incident est constitué de photons d’énergie hn. L’absorption de ce
rayonnement correspond à l’absorption d’un seul photon par l’atome, selon le processus :
A(f ) 1 hn → A(e)
Si on fait un bilan d’énergie de ce processus, on obtient :
E f 1 hn = E e
(111)
Remarque : on néglige ici l’effet de recul : l’impulsion de l’atome dans le référentiel
du laboratoire est considérée comme étant la même avant et après le processus. Ceci
n’est pas rigoureusement vrai, puisque le photon transporte aussi une impulsion hn/c.
Au cours du processus d’absorption, l’impulsion du photon est absorbée par l’atome,
et par conséquent l’impulsion de l’atome après le processus, ici dans l’état e, est la
somme (algébrique) de l’impulsion de l’atome avant le processus (ici dans l’état f ) et de
l’impulsion du photon absorbé.
On comprend donc que seuls les photons d’énergie égale à E e − E f , c’est-à-dire les ondes
électromagnétiques de fréquence n =
E e − E f
h
, peuvent être absorbés par l’atome dans
l’état f , et porter cet atome dans l’état e.
7. OPTIQUE ONDULATOIRE
585
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Dans la suite, on s’intéressera principalement à deux des niveaux d’énergie de l’atome,
notés f et e, d’énergie E f et E e , telles que E f < E e . On pourra par exemple considérer
que f est le niveau fondamental de l’atome (c’est-à-dire celui d’énergie – interne - la plus
faible), et que e est un niveau excité (toutefois cette hypothèse n’est pas indispensable, et
f et e peuvent être deux niveaux excités).
– Le rayonnement électromagnétique est quantifié, dans le sens qu’un faisceau lumineux
monochromatique, de fréquence n, est constitué de photons, d’énergie
E = hn
(109)
où h = 6,62 · 10
−34 J.s est la constante de Planck. En particulier, les échanges d’énergie
entre ce rayonnement et la matière ne peuvent se faire que par quantum d’énergie hn.
On exprime parfois ce quantum d’énergie en fonction de la pulsation v = 2pn du
rayonnement :
E = v
(110)
où la constante est définie par =
h
2p
.
– Un atome n’échange de l’énergie avec un rayonnement monochromatique que si la
fréquence de ce rayonnement est égale à certaines valeurs (appelées fréquences de résonance). Pour comprendre ce résultat, considérons par exemple l’absorption de rayonnement (de fréquence n) par un atome dans l’état f, qui porte cet atome dans l’état e.
L’énergie du rayonnement ne peut être absorbée que par quantum d’énergie hn ; en d’autres
termes le rayonnement incident est constitué de photons d’énergie hn. L’absorption de ce
rayonnement correspond à l’absorption d’un seul photon par l’atome, selon le processus :
A(f ) 1 hn → A(e)
Si on fait un bilan d’énergie de ce processus, on obtient :
E f 1 hn = E e
(111)
Remarque : on néglige ici l’effet de recul : l’impulsion de l’atome dans le référentiel
du laboratoire est considérée comme étant la même avant et après le processus. Ceci
n’est pas rigoureusement vrai, puisque le photon transporte aussi une impulsion hn/c.
Au cours du processus d’absorption, l’impulsion du photon est absorbée par l’atome,
et par conséquent l’impulsion de l’atome après le processus, ici dans l’état e, est la
somme (algébrique) de l’impulsion de l’atome avant le processus (ici dans l’état f ) et de
l’impulsion du photon absorbé.
On comprend donc que seuls les photons d’énergie égale à E e − E f , c’est-à-dire les ondes
électromagnétiques de fréquence n =
E e − E f
h
, peuvent être absorbés par l’atome dans
l’état f , et porter cet atome dans l’état e.
7. OPTIQUE ONDULATOIRE
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