i
i
i
i
i
i
i
i
Albert Einstein a apporté une explication simple (qui entre autres, lui a valu le prix
Nobel en 1921), en reprenant et prolongeant les idées de Newton et de Planck : il a
postulé que le rayonnement électromagnétique était constitué de photons, chacun d’eux
ayant une énergie hn et une vitesse c dans le vide (c étant la vitesse de propagation
des ondes électromagnétiques). Dès lors, l’expérience précédemment décrite s’interprète
aisément :
– un photon est absorbé par un électron, et cette interaction peut l’arracher du métal ;
– le seuil en fréquence correspond à la valeur n 0 de la fréquence telle que :
hn 0 = W 0
– si n > n 0 , il y a excédent d’énergie, de la quantité
hn − W 0 = h(n − n 0 )
Cette énergie est récupérée sous forme cinétique T par l’électron arraché. Cependant cet
électron n’arrivera pas forcément sur l’anode : le courant n’est observé qu’à partir d’une
tension seuil négative V 0 . Le seuil V 0 correspond à la tension qui amène les électrons à
vitesse nulle sur l’anode :
T = −eV 0 où e = 1, 6 10
−19 C
D’où
V 0 = −
1
e
(hn − W 0 )
Si la fréquence n augmente au-dessus de n 0 , V 0 diminue ;
– il n’y a pas de seuil en flux, car un seul photon suffit pour arracher un électron. On
comprend par contre que le nombre d’électrons arrachés est proportionnel au nombre de
photons incidents, donc que i s est une fonction croissante du flux. La partie croissante
de la caractéristique s’explique par le fait que, tant que la différence de potentiel anodecathode demeure négative ou faiblement positive, les électrons ont une probabilité non
nulle d’être freinés par les atomes résiduels avant d’atteindre l’anode car le vide n’est pas
parfait.
L’interprétation d’Einstein confère une nature corpusculaire à la lumière. Le photon est
une particule essentiellement relativiste aux caractéristiques suivantes :
– énergie : E = hn
– énergie de masse au repos : nulle
– vitesse dans le vide : c
– impulsion : p =
hn
c
706
i
i
i
i
i
i
i
Albert Einstein a apporté une explication simple (qui entre autres, lui a valu le prix
Nobel en 1921), en reprenant et prolongeant les idées de Newton et de Planck : il a
postulé que le rayonnement électromagnétique était constitué de photons, chacun d’eux
ayant une énergie hn et une vitesse c dans le vide (c étant la vitesse de propagation
des ondes électromagnétiques). Dès lors, l’expérience précédemment décrite s’interprète
aisément :
– un photon est absorbé par un électron, et cette interaction peut l’arracher du métal ;
– le seuil en fréquence correspond à la valeur n 0 de la fréquence telle que :
hn 0 = W 0
– si n > n 0 , il y a excédent d’énergie, de la quantité
hn − W 0 = h(n − n 0 )
Cette énergie est récupérée sous forme cinétique T par l’électron arraché. Cependant cet
électron n’arrivera pas forcément sur l’anode : le courant n’est observé qu’à partir d’une
tension seuil négative V 0 . Le seuil V 0 correspond à la tension qui amène les électrons à
vitesse nulle sur l’anode :
T = −eV 0 où e = 1, 6 10
−19 C
D’où
V 0 = −
1
e
(hn − W 0 )
Si la fréquence n augmente au-dessus de n 0 , V 0 diminue ;
– il n’y a pas de seuil en flux, car un seul photon suffit pour arracher un électron. On
comprend par contre que le nombre d’électrons arrachés est proportionnel au nombre de
photons incidents, donc que i s est une fonction croissante du flux. La partie croissante
de la caractéristique s’explique par le fait que, tant que la différence de potentiel anodecathode demeure négative ou faiblement positive, les électrons ont une probabilité non
nulle d’être freinés par les atomes résiduels avant d’atteindre l’anode car le vide n’est pas
parfait.
L’interprétation d’Einstein confère une nature corpusculaire à la lumière. Le photon est
une particule essentiellement relativiste aux caractéristiques suivantes :
– énergie : E = hn
– énergie de masse au repos : nulle
– vitesse dans le vide : c
– impulsion : p =
hn
c
706