L'Effet Photoélectrique

Une plaque de Zinc fraîchement polie, et chargée négativement perd sa charge s'elle est exposée à la lumière UV. Ce phénomène s'appelle l'effet photoélectrique.

Vers la fin du dix-neuvième siècle, de soigneuses investigations ont montré que l'effet photoélectrique se produit aussi avec d'autres matériaux mais seulement si la longueur d'onde est assez courte. On observe l'effet photoélectrique au-dessous d'une certaine longueur d'onde (seuil photoélectrique) qui est spécifique au matériau. En particulier, le fait que la lumière de grande longueur d'onde n'ait aucun effet, même si elle est extrêmement intensive, a semblé mystérieux aux scientifiques.

Albert Einstein a finalement donné l'explication en 1905: La lumière se compose des particules (photons), et l'énergie d'une telle particule est proportionnelle à la fréquence de la lumière. Il y a une certaine quantité minimum d'énergie (dépendante du matériau) qui est nécessaire pour arracher un électron de la surface d'une plaque de zinc ou de tout autre solide (travail d'extraction). Si l'énergie d'un photon est plus grande que cette valeur, l'électron peut être émis. De cette explication, il en résulte l'équation suivante:

Ekin   =   h f   −   W

Ekin ... énergie cinétique maximale d'émission
h ..... constante de Planck (6,626·10-34 Js)
f ..... fréquence
W ..... travail d'extraction

Cette applet Java simule une expérience pour la détermination de la constante de Planck et du travail d'extraction: Une radiation monochromatique est obtenue à partir de la lumière émise par une lampe à vapeur de mercure grâce à un filtre. Cette lumière arrive sur la cathode (C) d'une cellule photoélectrique et provoque (ou pas) l'émission des électrons. Pour trouver l'énergie cinétique maximale des électrons éjectés, on applique à l'aide d'un potentiomètre une tension de retard pour empêcher les électrons d'arriver sur l'anode (A). Le voltmètre en bleu donne la valeur de cette tension d'arrêt. Vous pouvez voir avec le voltmètre coloré rouge si des électrons atteignent l'anode.

Le panneau sur le côté droit vous permet de changer le matériau de la cathode, la longueur d'onde et la tension d'arrêt. Les valeurs indiquées se rapportent à la fréquence de la lumière et au bilan énergétique de l'effet photoélectrique. Les résultats des mesures sont tracés sur un diagramme tension - fréquence en bas à gauche, ils peuvent être annulés avec le bouton adéquat.

L'évaluation des trois séries de mesure au moyen du diagramme aura comme conséquence trois lignes parallèles. À partir de la pente de ces lignes, on pourra calculer la constante de Planck (h). En outre, vous pouvez lire le travail d'extraction du matériau de la cathode (en eV, c.-à-d. électron-volt) directement à l'intersection de l'axe vertical.

 

 
Physique
Applets de Physique

URL: http://www.walter-fendt.de/ph14f/photoeffect_f.htm
© Walter Fendt, 20 février 2000
© Traduction: Yves Weiss, 27 février 2000
Dernière modification: 5 février 2010