CHAPITRE 6 – INTRODUCTION AU MONDE QUANTIQUE
1.3 Le photon
a) Définition
La particule associée à la lumière s’appelle le photon. Ses propriétés sont les suivantes :
• Le photon a une masse nulle.
• Le photon se déplace à la vitesse de la lumière, égale à c = 3,00.10 8 m·s −1 dans le
vide.
• Le photon associé à une lumière de fréquence ν et de longueur d’onde λ =
c
ν
possède
l’énergie :
E = hν =
hc
λ
(6.1)
où h est la constante de Planck.
• Le photon associé à une lumière de fréquence ν se propageant dans la direction du
vecteur unitaire − → u possède la quantité de mouvement :
− → p =
E
c
− → u =
hν
c
− → u =
h
λ
− → u .
(6.2)
Dans le cas du photon, la formule classique de la quantité de mouvement donnée dans la
partie Mécanique, − → p = m − → v , ne s’applique pas. Il faut utiliser les équations relativistes, qui
sont en dehors du programme.
!
b) Ordre de grandeur de l’énergie d’un photon
L’énergie du photon correspondant à une lumière de longueur d’onde λ = 500 nm est :
E =
6, 64.10 −34 × 3, 00.10 8
500.10 −9
= 3,98.10
−19 J.
On constate que le joule n’est pas une unité adaptée pour exprimer cette énergie. Il est courant d’exprimer l’énergie du photon en électron-volt, une unité d’énergie telle que 1 eV =
1,6.10 −19 J. L’énergie du photon précédent est égale à
3, 98.10 −19
1, 60.10 −19 = 2,48 eV.
Pour un photon de longueur d’onde quelconque λ , sachant que l’énergie est inversement
proportionnelle à la longueur d’onde, on peut écrire : E = 2, 48(eV) ×
500 (nm)
λ (nm)
. Il est ainsi
pratique de retenir que l’énergie du photon est donnée par :
E (eV) =
1240
λ (nm)
.
(6.3)
La notion de photon s’étend aux ondes électromagnétiques autres que la lumière. Le tableau
6.1 donne les gammes d’énergie des photons pour les différents domaines des ondes électromagnétiques. L’aspect corpusculaire ressort d’autant plus que l’énergie du photon est élevée.
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1.3 Le photon
a) Définition
La particule associée à la lumière s’appelle le photon. Ses propriétés sont les suivantes :
• Le photon a une masse nulle.
• Le photon se déplace à la vitesse de la lumière, égale à c = 3,00.10 8 m·s −1 dans le
vide.
• Le photon associé à une lumière de fréquence ν et de longueur d’onde λ =
c
ν
possède
l’énergie :
E = hν =
hc
λ
(6.1)
où h est la constante de Planck.
• Le photon associé à une lumière de fréquence ν se propageant dans la direction du
vecteur unitaire − → u possède la quantité de mouvement :
− → p =
E
c
− → u =
hν
c
− → u =
h
λ
− → u .
(6.2)
Dans le cas du photon, la formule classique de la quantité de mouvement donnée dans la
partie Mécanique, − → p = m − → v , ne s’applique pas. Il faut utiliser les équations relativistes, qui
sont en dehors du programme.
!
b) Ordre de grandeur de l’énergie d’un photon
L’énergie du photon correspondant à une lumière de longueur d’onde λ = 500 nm est :
E =
6, 64.10 −34 × 3, 00.10 8
500.10 −9
= 3,98.10
−19 J.
On constate que le joule n’est pas une unité adaptée pour exprimer cette énergie. Il est courant d’exprimer l’énergie du photon en électron-volt, une unité d’énergie telle que 1 eV =
1,6.10 −19 J. L’énergie du photon précédent est égale à
3, 98.10 −19
1, 60.10 −19 = 2,48 eV.
Pour un photon de longueur d’onde quelconque λ , sachant que l’énergie est inversement
proportionnelle à la longueur d’onde, on peut écrire : E = 2, 48(eV) ×
500 (nm)
λ (nm)
. Il est ainsi
pratique de retenir que l’énergie du photon est donnée par :
E (eV) =
1240
λ (nm)
.
(6.3)
La notion de photon s’étend aux ondes électromagnétiques autres que la lumière. Le tableau
6.1 donne les gammes d’énergie des photons pour les différents domaines des ondes électromagnétiques. L’aspect corpusculaire ressort d’autant plus que l’énergie du photon est élevée.
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