CHAPITRE 6 – INTRODUCTION AU MONDE QUANTIQUE
1.2 Historique de la découverte du photon
a) Le rayonnement thermique
En 1900, pour réussir à expliquer les propriétés de l’émission thermique du rayonnement
électromagnétique d’un corps chauffé (ce rayonnement est pour l’essentiel dans le domaine
infrarouge), Max Planck utilisa l’hypothèse que l’énergie s’échange entre la matière et le
rayonnement par multiples d’une valeur minimale, le quantum d’énergie, dont l’expression
est :
E = hν
où ν est la fréquence du rayonnement et h une constante. Cette constante appelée Hilfskonstante par Planck, soit en français constante auxiliaire, est devenue depuis l’une des constantes
fondamentales de la physique. Sa valeur actuellement admise est :
h = 6,636 176.10
−34 J·s.
b) L’effet photoélectrique
L’effet photoélectrique est l’émission d’électrons par un métal lorsqu’il est éclairé par un
rayonnement du domaine visible ou ultraviolet (figure 6.1). Le phénomène n’existe que si la
fréquence du rayonnement est supérieure à une fréquence seuil ν S qui dépend de la nature du
métal. Si la fréquence est plus petite que ν S il n’y a pas d’effet photoélectrique, même si le
faisceau est très intense.
E = hν
E c
électrons
métal
Figure 6.1 – Effet photoélectrique. Chaque électron de masse m e et vitesse v e
emporte une énergie cinétique : E c ≤ hν −W .
En 1905, Albert Einstein proposa une interprétation théorique de l’effet photoélectrique en
reprenant l’idée de Planck. Il supposa que le rayonnement lui-même est constitué de « quanta
de lumière », sortes de grains de lumière contenant l’énergie E = hν.
L’hypothèse de base de la théorie d’Einstein est qu’un électron du métal peut absorber un
seul quantum de lumière. Il est alors arraché au métal si l’énergie E = hν est supérieure à une
valeur minimale dépendant du métal et appelée travail d’extraction W . La condition E > W
se traduit par :
ν > ν S =
W
h
.
La théorie d’Einstein explique ainsi l’existence de la fréquence seuil. De plus elle prédit que
l’énergie cinétique maximale emportée par l’électron est :
E c,max = E − W = h(ν − ν S ).
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1.2 Historique de la découverte du photon
a) Le rayonnement thermique
En 1900, pour réussir à expliquer les propriétés de l’émission thermique du rayonnement
électromagnétique d’un corps chauffé (ce rayonnement est pour l’essentiel dans le domaine
infrarouge), Max Planck utilisa l’hypothèse que l’énergie s’échange entre la matière et le
rayonnement par multiples d’une valeur minimale, le quantum d’énergie, dont l’expression
est :
E = hν
où ν est la fréquence du rayonnement et h une constante. Cette constante appelée Hilfskonstante par Planck, soit en français constante auxiliaire, est devenue depuis l’une des constantes
fondamentales de la physique. Sa valeur actuellement admise est :
h = 6,636 176.10
−34 J·s.
b) L’effet photoélectrique
L’effet photoélectrique est l’émission d’électrons par un métal lorsqu’il est éclairé par un
rayonnement du domaine visible ou ultraviolet (figure 6.1). Le phénomène n’existe que si la
fréquence du rayonnement est supérieure à une fréquence seuil ν S qui dépend de la nature du
métal. Si la fréquence est plus petite que ν S il n’y a pas d’effet photoélectrique, même si le
faisceau est très intense.
E = hν
E c
électrons
métal
Figure 6.1 – Effet photoélectrique. Chaque électron de masse m e et vitesse v e
emporte une énergie cinétique : E c ≤ hν −W .
En 1905, Albert Einstein proposa une interprétation théorique de l’effet photoélectrique en
reprenant l’idée de Planck. Il supposa que le rayonnement lui-même est constitué de « quanta
de lumière », sortes de grains de lumière contenant l’énergie E = hν.
L’hypothèse de base de la théorie d’Einstein est qu’un électron du métal peut absorber un
seul quantum de lumière. Il est alors arraché au métal si l’énergie E = hν est supérieure à une
valeur minimale dépendant du métal et appelée travail d’extraction W . La condition E > W
se traduit par :
ν > ν S =
W
h
.
La théorie d’Einstein explique ainsi l’existence de la fréquence seuil. De plus elle prédit que
l’énergie cinétique maximale emportée par l’électron est :
E c,max = E − W = h(ν − ν S ).
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