Chapitre 25 • Physique atomique
Dans le contexte de la physique atomique, plusieurs conséquences de l’électromagnétisme de J.C. Maxwell (1865) méritent d’être rappelées ou précisées :
• v est indépendant du milieu mais la vitesse de phase v / k, k et l en dépendent (il est
sous-entendu ici que les longueurs d’onde l sont exprimées dans le vide) ;
• une particule ponctuelle de charge q et d’accélération instantanée a(t) rayonne la
puissance électromagnétique P ray (t) = 2·q
2 ·a
2 / (12·p·´ 0 ·c
3 ), et en particulier une
charge en rotation ou en vibration rayonne à la fréquence de son mouvement ;
• à l’énergie W transportée par une onde électromagnétique se propageant dans la
direction z, est associée une quantité de mouvement de même direction et sens que
#–
k et de norme W / c ; la pression de radiation qu’une onde exerce en frappant une
surface (effet prévu par J.C. Maxwell en 1871, mesuré par P. Lebedew en 1900) est
interprétée comme un transfert de quantité de mouvement.
25.3.2 Photon
Le rayonnement électromagnétique a un caractère ondulatoire, et aussi particulaire
(dualité onde-corpuscule). G.N. Lewis nomme le grain de lumière photon (1926).
Théorème 25.1
h ≈ 6,6261 · 10
–34 SI étant la constante de Planck, constante fondamentale de la
physique quantique, avec =
h
2·p
, un photon d’une onde électromagnétique de
pulsation v et vecteur d’onde
#–
k , ou de fréquence n et longueur d’onde l et de
direction de propagation z, a :
une énergie cinétique E = ·v = h·n , soit E =
h·c
l
dans le vide ;
une quantité de mouvement #– p = ·
#–
k , de norme || #– p || = ·
2·p
l
=
h
l
;
une masse nulle et une charge nulle.
Tableau 25.2 Longueur d’onde et énergie du photon
Spectre
l
E
radioélectrique
> 0,78 mm
< 1,59 eV
Infrarouge
1 mm → 0,78 mm
1,24 meV → 1,59 eV
Visible
0,78 mm → 0,38 mm
1,59 eV → 3,26 eV
Ultraviolet
0,38 mm → 10 nm
3,26 eV → 124 eV
X
10 nm → 1 pm
124 eV → 1,24 MeV
Gamma
< 1 pm
> 1,24 MeV
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 476 — #486
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Dans le contexte de la physique atomique, plusieurs conséquences de l’électromagnétisme de J.C. Maxwell (1865) méritent d’être rappelées ou précisées :
• v est indépendant du milieu mais la vitesse de phase v / k, k et l en dépendent (il est
sous-entendu ici que les longueurs d’onde l sont exprimées dans le vide) ;
• une particule ponctuelle de charge q et d’accélération instantanée a(t) rayonne la
puissance électromagnétique P ray (t) = 2·q
2 ·a
2 / (12·p·´ 0 ·c
3 ), et en particulier une
charge en rotation ou en vibration rayonne à la fréquence de son mouvement ;
• à l’énergie W transportée par une onde électromagnétique se propageant dans la
direction z, est associée une quantité de mouvement de même direction et sens que
#–
k et de norme W / c ; la pression de radiation qu’une onde exerce en frappant une
surface (effet prévu par J.C. Maxwell en 1871, mesuré par P. Lebedew en 1900) est
interprétée comme un transfert de quantité de mouvement.
25.3.2 Photon
Le rayonnement électromagnétique a un caractère ondulatoire, et aussi particulaire
(dualité onde-corpuscule). G.N. Lewis nomme le grain de lumière photon (1926).
Théorème 25.1
h ≈ 6,6261 · 10
–34 SI étant la constante de Planck, constante fondamentale de la
physique quantique, avec =
h
2·p
, un photon d’une onde électromagnétique de
pulsation v et vecteur d’onde
#–
k , ou de fréquence n et longueur d’onde l et de
direction de propagation z, a :
une énergie cinétique E = ·v = h·n , soit E =
h·c
l
dans le vide ;
une quantité de mouvement #– p = ·
#–
k , de norme || #– p || = ·
2·p
l
=
h
l
;
une masse nulle et une charge nulle.
Tableau 25.2 Longueur d’onde et énergie du photon
Spectre
l
E
radioélectrique
> 0,78 mm
< 1,59 eV
Infrarouge
1 mm → 0,78 mm
1,24 meV → 1,59 eV
Visible
0,78 mm → 0,38 mm
1,59 eV → 3,26 eV
Ultraviolet
0,38 mm → 10 nm
3,26 eV → 124 eV
X
10 nm → 1 pm
124 eV → 1,24 MeV
Gamma
< 1 pm
> 1,24 MeV
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