La lumière : flux de photons — résumé Chap. 20 (Terminale spé)

Le photon et l'effet photoélectrique

Énergie du photon

La lumière transporte l'énergie par paquets appelés photons.

• Énergie du photon : calculée par $E = h \times \nu = \frac{h \times c}{\lambda}$ en Joules ($J$).
• Fréquence $\nu$ : nombre d'oscillations par seconde, exprimée en Hertz ($Hz$).
• Constante de Planck : valeur fixe $h = 6,63 \times 10^{-34}$ $J\cdot s$.

L'effet photoélectrique

Des électrons sont éjectés du métal si l'énergie du photon incident est assez grande.

• Travail d'extraction : $W_{extraction}$ est l'énergie minimale pour libérer un électron du métal.
• Bilan d'énergie : $E_{photon} = W_{extraction} + E_{c, max}$.

💡 Astuce : Attention à bien convertir les longueurs d'onde $\lambda$ en mètres ($m$) avant d'utiliser la vitesse de la lumière $c = 3,00 \times 10^8$ $m\cdot s^{-1}$.

Dualité et bilan énergétique

Dualité onde-particule

La lumière possède une double nature selon la situation physique étudiée.

• Comportement ondulatoire : prouvé par les phénomènes d'interférence et de diffraction.
• Comportement corpusculaire : prouvé par l'effet photoélectrique où la lumière agit comme un flux de particules.

Rendement énergétique

• Énergie cinétique maximale : $E_{c, max} = \frac{1}{2} m_e \times v^2_{max}$ en Joules.
• Rendement $\eta$ : rapport entre l'énergie électrique utile et l'énergie lumineuse reçue, $\eta = \frac{E_{elec}}{E_{lum}} = \frac{P_{elec}}{P_{lum}}$.

Exemple : Si $P_{elec} = 2\text{ W}$ et $P_{lum} = 10\text{ W}$ : $\eta = \frac{2}{10} = 0,2$ (soit $20\%$).

💡 Astuce : Retiens que la lumière se propage comme une onde, mais interagit avec la matière comme une particule.