radiation électromagnétique
Publié le 14/09/2013
Extrait du document
Connaissances essentielles du cours
Nature radiation électromagnétique
1. Savoir qu’une radiation électromagnétique monochromatique est , du fait de sa nature ondulatoire,
caractérisée par :
- sa fréquence ν en hertz ( Hz) ou en s-1
- sa période T = 1/ν
- sa célérité c dans le vide c = 3.108 m.s-1
- sa longueur d’onde λ dans le vide λ = c.T = c/ν λ en m, ν en Hz , c = 3.108 m.s-1
2. Savoir qu’une radiation électromagnétique monochromatique est , du fait de sa nature corpusculaire , constituée
d’un ensemble de particules transportant chacun un quantum d’énergie : les photons
Un photon est une particule :
- non chargée
- de masse nulle
- se déplaçant à la vitesse de la lumière c = 3.108 m.s-1
- transportant un quantum d’énergie E
3. Savoir qu’à une radiation électromagnétique monochromatique de fréquence ν , on associe des photons d’énergie
E = h .ν = h .
λ
c
h , constante de Planck h = 6,64.10-34 J.s , E en joule (J) , c en m.s-1 , λ en m
Si λ est exprimé en
oA
, l’énergie du photon en eV s’exprime par E ( eV ) =
10 19
34 8
(A) 10 1,6.10
6,6.10 3.10
− −
−
× ×
×
o
λ
soit
E ( eV ) =
λ
12400 , relation de DUANE et HUNT
4. Connaître les ordres de grandeur des longueurs d’onde en
oA
et des énergies en eV des photons associés
correspondant à l’infra-rouge, aux radiations visibles , à l’ultra-violet, aux rayons X et aux rayons gamma.
Grandeurs radiométriques
1. Connaître la définition d’un angle solide élémentaire dΩ = dS / R2 en stéradian ( sr ) et savoir que l’angle solide
correspondant à la totalité de l’espace vaut 4π sr.
2. Savoir qu’un faisceau de radiations électromagnétiques se propageant d’une source vers le récepteur est
caractérisé par son flux φ exprimé en W (watt).
3. Savoir que dans le cas d’un récepteur irradié par une source ponctuelle
«
1.
Savoir que cet effet correspond à l’émission d ‘électrons par un métal ( dans le vide) irradié par une radiation
électromagnétique d’énergie suffisante ( U.V).
2.
Connaître le dispositif expérimental ( cellule photoélectrique) utilisé pour étudier l’effet photoélectrique et
l’allure de la courbe donnant l’intensité en fonction de la tension appliquée entre l’anode et la cathode
3.
Savoir qu’un métal est caractérisé par son travail de sortie W
o ( quelques eV pour un métal pur )
4.
Savoir que l’effet photoélectrique n’est possible que si la fréquence ν de la radiation électromagnétique utilisée
est supérieure à une fréquence seuil ν
o ou sa longueur d’onde λ inférieure à une longueur d’onde seuil λ o ( 1 ère
Loi de l’effet photoélectrique )
ν > ν
o = h W
o ou λ < λ o = oWh.c
remarque : la connaissance de W o en eV permet de déterminer rapidement λ o par la relation de Duane et Hunt
et d’en déduire ν
o
5.
Savoir que le nombre de photoélectrons ( proportionnel à l’intensité du courant à saturation ) est proportionnel ,
pour une radiation électromagnétique donnée au flux du faisceau utilisé ( 2 ème loi de l’effet photoélectrique)
6.
Savoir déterminer le potentiel d’arrêt U
m à partir de la courbe donnant l’intensité du courant en fonction de la
tension appliquée entre l’anode et la cathode
7.
Savoir que l’énergie maximale E
cmax des électrons émis par la photocathode est :
- indépendante du flux du faisceau
- fonction linéaire croissante de la fréquence de la radiation électromagnétique excitatrice ( 3
ème loi de l’effet
photoélectrique )
E
cmax = e.U m = _ m.v max2 = h.ν – W o = h ( ν – ν o)
8.
Savoir utiliser la représentation de Millikan donnant E cmax en fonction de ν ou U m en fonction de ν pour :
- déterminer la fréquence seuil ν
o
- déterminer le travail de sortie W o du métal considéré.
»
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