Idées clés
La physique moderne décrit la lumière et la matière à petite échelle. La lumière vient en quanta appelés photons, les particules ont une longueur d’onde, les atomes ont des niveaux d’énergie discrets et les noyaux se désintègrent au hasard avec des demi-vies fixes.
- Un photon a pour énergie E = hf = hc ÷ λ. Avec hc = 1240 eV·nm, une longueur d’onde en nanomètres donne directement l’énergie en électronvolts.
- Dans l’effet photoélectrique K_max = hf − φ. La fréquence décide si des électrons sortent ; l’intensité décide seulement combien.
- Une particule de quantité de mouvement p a pour longueur d’onde de de Broglie λ = h ÷ p. Les niveaux de l’hydrogène sont E_n = −13,6 eV ÷ n², et de la lumière est émise quand un électron passe d’un niveau à un autre plus bas.
- Après chaque demi-vie, la moitié des noyaux restants se désintègre : N = N₀(½)^(t ÷ T½). La masse et l’énergie sont liées par E = mc².
Équations clés
E = hf = hc ÷ λK_max = hf − φλ = h ÷ pE_n = −13.6 eV ÷ n²N = N₀(½)^(t ÷ T½)E = mc²
Exemple résolu
Une lumière ultraviolette de 200 nm tombe sur un métal de travail d’extraction 4,0 eV. L’énergie du photon est 1240 ÷ 200 = 6,2 eV. L’énergie cinétique maximale des électrons émis est 6,2 − 4,0 = 2,2 eV. La lumière rouge de 700 nm n’a que 1,8 eV et n’arrache aucun électron, aussi intense soit-elle.
Erreurs fréquentes
- Croire qu’une lumière plus brillante donne des électrons plus rapides. Une lumière plus brillante donne plus d’électrons ; des électrons plus rapides demandent une fréquence plus élevée.
- Mélanger joules et électronvolts, ou utiliser la longueur d’onde en mètres avec la valeur de hc en eV·nm.
- Croire qu’un échantillon a disparu après deux demi-vies. Il en reste encore un quart.
Pratique
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