Interactions lumière-matière

Chapitre 5 - Modèle Interactions lumière-matière 1 La lumière : ondes ou particules ? 1.1 Modèle ondulatoire de la lumière Vous avez vu en classe de 2nde qu'une radiation lumineuse est décrite comme une onde caractérisée par sa longueur d'onde ? ?«lambda «) dans le vide. Une radiation est aussi caractérisée par sa fréquence ? ??«nu«) qui, elle, est indépendante du milieu transparent qu'elle traverse. La fréquence ? d'une radiation est liée à sa longueur d'onde ? par la relation : ?=V? V : célérité de la lumière dans le milieu transparent traversé (m/s) ????longueur d'onde dans le milieu transparent traversé (m). ? : fréquence (Hz) Si le milieu transparent traversé est du vide alors la célérité de la lumière vaut : c=3,00.108 m/s . Le modèle ondulatoire est indispensable pour décrire la propagation de la lumière mais insuffisant pour décrire les échanges d'énergie entre matière et lumière. 1.2 Transfert d'énergie entre matière et rayonnement Faits expérimentaux : La matière peut absorber de la lumière, par exemple un corps noir absorbe tous les rayonnements du domaine visible, ce qui conduit à son échauffement. La matière peut également émettre de la lumière. Par exemple, le filament d'une ampoule lorsqu'il est chauffé, émet de la lumière. Modèle pour interpréter les faits expérimentaux : Un rayonnement est un transfert d'énergie. La matière qui absorbe un rayonnement gagne une énergie, notée ?E. La matière qui émet un rayonnement cède à l'extérieur une énergie ?E sous forme de rayonnement. Loi de Planck : Dans le cas d'une émission comme dans le cas d'une absorption, l'énergie échangée entre matière et rayonnement est proportionnelle à la fréquence de la radiation : ??=h.? ?? énergie échangée en joule (J) h = 6,63× 10-34 J.s : constante de Planck ? fréquence en hertz (Hz) 1.3 Modèle du photon Fait expérimental : l'effet photoélectrique montre qu'un électron ne peut être arraché d'un matériau seulement s'il reçoit un rayonnement de fréquence bien précise. Modèle pour interpréter le fait expérimental : le modèle du PHOTON Hypothèse d'Einstein (1905) : La lumière peut être décrite comme un flux de particules sans masse, mais transportant de l'énergie : LES PHOTONS. Chaque photon qui constitue un rayonnement lumineux de fréquence ? transporte un quantum d'énergie lumineuse, de valeur ?=h.? L'énergie d'un photon est généralement exprimée en électronvolt (eV) : 1 eV = 1,6010-19 J 2 Quantification de l'énergie d'un atome Hypothèse de BOHR (1913) : L'énergie d'un atome ne peut prendre que certaines valeurs discrètes. On dit que son énergie est quantifiée. Ces valeurs sont les niveaux d'énergie de l'atome. Cette hypothèse a été émise par Bohr pour réconcilier Planck et Einstein. L'énergie d'un atome est, elle aussi, quantifiée. États fondamental et excités : Lorsque l'atome possède l'énergie la plus basse possible, il se trouve dans son état fondamental. Lorsqu'il se trouve dans un état d'énergie de valeur supérieure à ...