Effet photoélectrique
L'effet photoélectrique a montré que la lumière transfère de l'énergie en paquets discrets appelés photons. Il a contribué à établir le modèle quantique de la lumière.
La lumière sous forme de photons
Dans le modèle photonique, chaque photon porte une énergie égale à hf, où h est la constante de Planck et f la fréquence. Une lumière plus intense signifie plus de photons, mais l'énergie de chaque photon dépend de la fréquence, pas de l'intensité.
Fréquence seuil
Les électrons ne sont émis que si chaque photon possède assez d'énergie pour dépasser le travail d'extraction du matériau. Il existe donc une fréquence seuil en dessous de laquelle aucun électron n'est libéré, même si la lumière est intense.
Mettre l'idée à l'épreuve avec la simulation
Modifiez la fréquence de la lumière et la surface métallique dans la simulation pour voir quand des photoélectrons apparaissent. Comparez la fréquence seuil et le potentiel d'arrêt aux prédictions de l'équation d'Einstein.
La lumière ne frappe pas un métal comme une onde lisse : elle arrive en petits paquets appelés photons, chacun portant une quantité d'énergie fixe. Un électron ne s'échappe que si l'énergie d'un seul photon est au moins aussi grande que le travail de sortie du métal, l'énergie qui retient normalement l'électron en place. L'énergie restante devient l'énergie cinétique de l'électron qui s'envole.
KEₘₐₓ = h · f − φ
- KEₘₐₓ — énergie cinétique maximale (eV): la plus grande énergie emportée par un électron arraché
- h — constante de Planck (eV·s): toute petite constante reliant la fréquence d'un photon à son énergie
- f — fréquence (Hz): combien d'ondes lumineuses arrivent chaque seconde
- φ — travail de sortie (eV): l'énergie minimale nécessaire pour arracher un électron du métal
Un photon frappant une surface de sodium porte 3.1 eV d'énergie. Le travail de sortie du sodium est 2.1 eV. Quelle est l'énergie cinétique maximale d'un électron arraché ?
- hf = 3.1 eV
- φ = 2.1 eV
- KEₘₐₓ = h · f − φ
- KEₘₐₓ = 3.1 eV − 2.1 eV
KEₘₐₓ = 1.0 eV