L’EFFET PHOTOÉLECTRIQUE

Lumière : onde ou particule ?

On sait déjà que la lumière peut être considérée comme une particule, avec notamment, l’effet photoélectrique. C’est une particule particulière de lumière appelée photon. Et on a vu aussi que la lumière peut être considérée comme une onde avec les phénomènes d’interférences et de diffraction.

Quelles sont les formules à retenir pour l’aspect particulaire de la lumière ?

Il y a la formule de l’énergie d’un photon : $E = h\times ν = \dfrac{h\times c}{\lambda}$

L’énergie est en joules (J), c est la constante de la vitesse de la lumière dans le vide (3,00.10⁸ m.s^-1), $h$ la constante de Planck est donnée dans les exercices avec plus ou moins de chiffres significatifs (6,63.10^-34 J.s, on a trois chiffres significatifs pour être cohérents avec le nombre de chiffres significatifs de $c$), $\lambda$ a longueur d’onde en mètres (m).

Pour rappel, la longueur d’onde caractérise la couleur de l’onde, donc la couleur du photon. Ce qu’il faut comprendre dans cette formule, c’est le rapport entre la longueur d’onde et l’énergie. Quand la longueur d’onde est petite, l’énergie est grande, dû à l’inverse de la proportionnalité. Inversement, si la longueur d’onde est grande, l’énergie va être petite. Dans les exercices, il faut trouver l’énergie grâce à la longueur d’onde.

La relation qui s’ajoute à cela est la relation de Louis de Broglie :

$p = m\times v$ et $p = \dfrac{h}{\lambda}$

Les relations font intervenir : $p$, l’impulsion, $h$ la constante de Planck et $\lambda$ la longueur d’onde. Ces sont des relations qu’il faut connaître. Elles font le lien entre la lumière qui correspond à une particule et la lumière qui correspond à une onde. Les phénomènes ondulatoires vus sur les chapitres sur l’interférence et la diffraction ne sont observables que sur des petites longueurs d’ondes. Donc, ici, si la longueur d’onde est petite, l’impulsion correspondante sera grande.

Ce qui est intéressant avec cette formule c’est qu’elle est valable pour toutes les particules (pas seulement pour la lumière) comme les électrons, par exemple. Si la longueur d’onde est grande, l’impulsion va être petite. Et, si la longueur d’onde est grande, on observera plus de phénomène ondulatoire mais on n'observera seulement des effets particulaires.