Le photon. Spectroscopie
Publié le 17/09/2015
Extrait du document
Niveaux d’énergie. Effet photoélectrique
La résolution de cet exercice nécessite l’utilisation des données fournies en annexe ; le candidat fera un choix parmi ces données numériques.
1. L’analyse du spectre d’émission d’une lampe à vapeur de sodium révèle la présence de raies de longueurs d’onde bien définies.
a) Justifier la discontinuité du spectre.
b) Indiquer à quelle variation d’énergie correspond, pour l’atome de sodium, l’émission de la raie jaune À = 589,0 nm (on se contentera de donner le résultat avec trois chiffres significatifs). Préciser quels sont les niveaux d’énergie concernés.
2. Quel est le comportement d’un atome de sodium, pris à l’état fondamental, lorsqu’il reçoit un photon de longueur d’onde À = 589,0 nm ?
Que se passe-t-il si le photon a une énergie de 3,00 eV ? L’atome de sodium peut-il être alors excité ? Justifier.
3. L’atome de sodium, toujours pris dans son état fondamental, est heurté par un électron ayant une énergie cinétique de 3,00 eV. Lors de l’interaction, l’atome de sodium reste pratiquement immobile et passe de l’état fondamental à son premier état excité. Quelle est l’énergie cinétique de l’électron après son interaction avec l’atome de sodium ?
4. On dispose de plusieurs cellules photo-électriques constituées d’une surface métallique recouverte de métal, éclairées par un faisceau lumineux de longueur d’onde À = 589,0 nm. Un générateur permet de faire circuler les électrons émis par le métal et un microampèremètre mesure l’intensité du courant. Le travail d’extraction des différents métaux est donné en annexe.
«
a)
Quels sont les métaux pouvant donner lieu à l'eff et photoélec
trique ? Pourquoi ?
b) Ave c quel métal l'énergie cinétique maximale des électrons à
la sor tie de la cat hode est-elle la plus grande ?
Sp ectre simpli fié d'émission d'une lampe à vapeur de sodium
Il l
330,3 nm 568,8
nm 615.4 nm
+ 819
,5 nm 1
13 8,2 nm
dou blet
589,0 nm
589,6 nm
Diagramme simplifié des niveaux d'énergie de l'atome
de sodium
E(e V)
0 �---------------
- 0,86 r--------- �tat
5
-1 ,38 Etat
4
- 1,51_,-- ,9 3
État 3
État 2 États excités
-3 ,03 1----------
État 1
-5 , 14
'------------------
État fondam ental
Tra vail d'extraction de quelques métaux purs
Métal Travail d'extraction
(eV)
Nickel (Ni) ....................................
5,01
Fer (Fe) .........................................
4,68
Zinc (Zn) .......................................
3,60
Potas sium (K) ...............................
2,26
Strontium (Sr) ...............................
2,06
Césium (Cs) ..................................
1,90
Données numériques
constante de Planck : h = 6,62 · 10- 34 J · s
- célérité de la lumière dans le vide : c = 3 x 108 rn · s- 1
- charge électrique élémentaire : e = 1,6 x 10- 19 C.
268.
»
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