Modèle corpusculaire
de la lumière
Comme souvent, tout part d’une expérience.
En 1839, Antoine Becquerel et son fils Alexandre Edmond découvre l’effet photoélectrique.
En 1905, Einstein explique l'effet
par une idée révolutionnaire :
la lumière serait constituée
de particules, les photons.
L’énergie d’un de ces “quantum” de lumière
est égale à la fréquence de la lumière multipliée par une constante, la constante de Planck $h$.
Énergie d’un photon :
- $E$ en $\pu J$
- $f$ en $\pu Hz$
- $h=\pu{6,63E-34 J*s}$
$h$ est la constante de Planck.
Si la fréquence est au-dessus d’un certain seuil,
le photon a assez d’énergie pour éjecter un électron du métal, créant l’effet observé.
Quelle courbe s’attend-on à observer si on trace l’énergie cinétique des électrons expulsés en fonction de la fréquence de la lumière ?
Un autre savant, Millikan, n’aime pas beaucoup
la théorie d’Einstein et met au point
une expérience pour la détruire.
Simulation de l’expérience de Millikan
L’expérience consiste, pour différentes fréquences, à trouver la tension minimale à appliquer
entre les deux plaques pour obtenir
un courant nulle dans le circuit.
Contrairement à son souhait premier,
l’expérience de Millikan a totalement
confirmé la théorie d’Einstein !
Conséquence :
Attribution du prix Nobel en 1921 à Einstein 🥳
Mais aussi à Millikan en 1923 😅
Cela illustre bien qu’une bonne expérience
n’est pas sensée donner raison à celui qui la mène mais seulement permettre de trancher.
Le modèle corpusculaire de la lumière permet d’expliquer les spectres discrets !
Pour sauter d'un niveau d'énergie à l'autre, l'électron doit absorber (s'il monte)
ou émettre (s'il descend)
un photon dont l'énergie $hf$
correspond à la différence d'énergie $\Delta E$
entre les deux niveaux.
$\Rightarrow \Delta E = hf$
Exemple d'exercice :
Quelle est la couleur du photon émis
par la transition électronique ci-contre ?
Données :
- $\pu{1 eV}=\pu{1,60E-19 J}$
- $h=\pu{6,63E-34 Js}$
Conversion photovoltaïque
Quelle est la chaîne énergétique d’un panneau solaire photovolatïque ?
Un panneau solaire a
un point de fonctionnement optimal :
pour une certaine résistance de charge,
la puissance délivrée est maximale.
Comment trouver ce point ?
On trace la caractéristique de la cellule !
Comment obtenir le rendement
d’une conversion photovoltaïque ?
$\eta = \frac{P_{c}}{P_{rad}}$
Avec $P_{rad} = I\times S$
où $I$ est l’irradiance en $\pu{W*m-2}$
et $S$ la surface du panneau en $\pu{m2}$