Université D’ADRAR 3ième Année Physique Faculté des Sciences et de la Technologie Module : Physique 8 Département des Sciences de la Matière Mr. KHALLADI.M.FADEL
TP N°1: ETUDE DE L'EFFET PHOTOELECTRIQUE ET MESURE DE LA CONSTANTE DE PLANCK Rappel:
Déjà en 1905, on a observé que lorsque de la lumière (dans le visible ou l'UV) rencontre une surface métallique, des électrons sont émis par cette surface avec une énergie cinétique indépendante de l'intensité de la lumière, mais qui augmente linéairement avec sa fréquence.
A cette époque, A. Einstein proposa comme explication (qui s'avéra être bonne): l'énergie d'un faisceau de lumière monochromatique arrive par paquets d'énergie h (appelés "quantum d'énergie"). Si le quantum d'énergie h est transmis en totalité à un électron, celui-ci sort du métal avec une énergie cinétique (Ec) : Ec = h - W0; où W0 est le travail d'extraction et h la constante de Planck.
On va observer cette relation selon laquelle l'énergie cinétique des électrons augmente linéairement avec la fréquence de la lumière, mais est indépendante de son intensité.
Dispositif expérimental:
Le dispositif est formé par:
La lumière utilisée pour l'effet photoélectrique est celle émise par une lampe à vapeur de mercure (Hg): le gaz de Hg est soumis à une décharge électrique; lorsqu'un atome de Hg rencontre un électron et en reçoit une partie de son énergie, il passe dans un état d'énergie excité, à partir duquel il retombe dans un état d'énergie inférieur en émettant de la lumière.
- On envoie successivement la lumière de chaque raie sur une photocathode métallique. Pour faire varier les longueur d'onde émises, il faut utiliser des filtres de 365 nm – 577 nm, afin d'éliminer les fréquences plus élevées provenant de la lumière ambiante.
Les électrons émis par la photocathode atteignent l'anode : Le système photocathode-anode est capacitif: au fur et à mesure que les électrons sont arrachés de la photocathode, le condensa- teur constitué des deux plaques (photocathode et anode) se charge et la différence de potentiel entre les plaques augmente.
Lorsque cette ddp atteint la valeur du potentiel retardateur
U0 (eU0 = Ek ), les électrons émis n'atteignent plus l'anode et la ddp entre les plaques n'augmente plus: elle est stabilisée. On va mesurer cette différence de potentiel (output sur le dessin) à l'aide de l'appareil de mesure de l'effet photoélectrique (c'est l'élément 6 dans le dispositif, le voltage doit être réglé sur l'échelle de (-2) - 0 Volts).
- Pour faire varier l'intensité de la lumière, on dispose des Apertures de diamètre 2 mm, 4 mm et 8 mm.
A. MESURE DE LA CONSTANTE DE PLANCK
1- Mesurez le potentiel retardateur U0 pour chacune des raies et déduisez-en l'énergie cinétique des électrons.
2- Construisez le graphe Ec= Ec () sur papier millimétré, en prenant garde de faire débuter l'axe horizontal à = 0 et de prévoir des valeurs négatives sur l'axe vertical.
3- A partir du graphe :
- déterminez la valeur de la constante de Planck et comparez-la à la valeur "officielle". Utilisez les relations suivantes :
tel que
- déterminez le seuil de fréquence (s) et le travail d'extraction (Wext).
