La lumière : un flux de photons

Objectif

Définir ce qu'est une onde, connaître ses grandeurs caractéristiques, et savoir utiliser les formules de base pour les calculs.

Pourquoi c'est important ?<

Objectif

Comprendre les bases de la physique quantique, ses principes fondamentaux et ses implications.

Pourquoi c'est important ?

La physique quantique permet de

Le photon

Dans le modèle particulaire, un photon associé à un rayonnement monochromatique de fréquence ν ou de longueur d'onde $\lambda$ dans le vide possède des caractéristiques spécifiques.

Propriétés du photon

• possède une masse nulle
• se déplace à la vitesse $\rm \bf{c = 3,00\cdot 10^8 ~m.s^{-1}}$ dans le vide
• a une énergie $\rm \bf{E = h \times \nu}$ avec $\rm E$ en J, $\rm h$ constante de Planck $\rm = 6,63\cdot 10^{-34}~ J.s$ et $\nu$ fréquence en Hz.

Effet photoélectrique

Quand un métal est exposé à la lumière, des électrons peuvent être éjectés de la surface du métal  ce phénomène est appelé effet photoélectrique.

Travail d'extraction

Le travail d'extraction, $\rm W_{extraction}$, est la valeur minimale de l'énergie nécessaire à fournir à un matériau pour en extraire un électron. La valeur de $\rm W_{extraction}$ dépend du métal.

$$\rm W_{extraction} = h \times \nu_{seuil~extraction}$$

Conservation de l'énergie

L'énergie du photon incident est égale à la somme du travail d'extraction du métal et de l'énergie cinétique du photoélectron émis :

$$\rm E_{photon} = h \times \nu_{photon} = W_{extraction} + E_c$$

$$\rm = W_{extraction} + \dfrac{1}{2} \times m_{électron} \times v^2_{max}$$

Application de l'interaction photon-matière

Les principales applications incluent la cellule photoélectrique, la diode électroluminescente, et la cellule photovoltaïque.

Rendement d'une cellule photovoltaïque

Le rendement d'une cellule photovoltaïque se calcule selon la formule :

$$\rm η = P_{électrique} / P_{lumineuse} = E_{électrique} / E_{lumineuse}$$