Ch2: La lumière un flux de photons

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Ch2: La lumière un flux de photons

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1. L’effet photoélectrique (voir simulation)

Lorsqu’un métal est exposé à des ondes électromagnétiques il peut libérer des électrons 𝒆⁻. Cela dépend du métal et de la longueur

d’onde. Pour un métal donné les électrons ne sont arrachés qu’à partir d’une longueur d’onde suffisamment petite ou d’une fréquence

suffisamment grande, quelque soit la valeur de l’intensité.

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Plus la longueur d’onde est petite ou la fréquence grande plus les électrons ont une

énergie cinétique grande.

Plus l’intensité de l’onde électromagnétique est grande plus le nombre d’électrons libérés est grand.

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Einstein revient au modèle corpusculaire de la lumière de Newton. Il propose que la lumière est composée de particules sans masse, les photons. Il montre que ces photons ont une énergie associée à la longueur d’onde ou la fréquence de l’onde électromagnétique.

𝑬_{𝒑𝒉𝒐𝒕𝒐𝒏} = 𝒉 × 𝝂 = 𝒉 × 𝒄 𝝀

Le flux de photon permet d’interpréter le phénomène photoélectrique.

Si l’énergie du photon est suffisamment grande elle permet de fournir le travail d’extraction de l’électron et l’énergie supplémentaire fournie de l’énergie cinétique à l’électron.

𝒉 × 𝝂_{𝒑𝒉𝒐𝒕𝒐𝒏} = 𝑾_{𝒆𝒙𝒕𝒓𝒂𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏} + ^𝟏

𝟐𝒎_{𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒏} × 𝒗_{é𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒏} ^𝟐

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2. Absorption de photons avec les cellules photovoltaïques Les cellules photovoltaïques sont constituées de cellules

photoélectriques. Sous l’effet de la lumière solaire, elles génèrent du courant électrique. Ce sont des générateur électriques.

Le rendement d’une cellule photovoltaïque est le rapport entre la puissance électrique fournie et la puissance lumineuse reçue.

𝝁 = 𝑷

é𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒊𝒒𝒖𝒆 𝒇𝒐𝒖𝒓𝒏𝒊𝒆

𝑷

𝒍𝒖𝒎𝒊𝒏𝒆𝒖𝒔𝒆 𝒓𝒆ç𝒖𝒆 (Voir TP)

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3. Emission de photons avec les diodes électroluminescentes (DEL) Lorsqu’une DEL est parcourue par un courant électrique, sa structure semi-conductrice émet des photons. L’énergie associée à ces photons (la couleur de la lumière) dépend de la nature du semi-conducteur.

Dans le cas des DEL laser la radiation est très directive et concentre donc l’énergie sur un faisceau.

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QCM 1,2 et exercices p 413 n° 4, 6, 8, 10, 12, 15, 17, 18, 19, 20, ECE