EFFET PHOTOÉLECTRIQUE
L'un des grands problèmes de la physique classique à la fin du XIXe siècle était d'expliquer ce qui se passait lorsqu'un faisceau de lumière tombait sur une plaque de métal. Il convient de rappeler qu'à cette époque, il n'existait pas encore de théorie complète de la mécanique quantique.
Pour expliquer les phénomènes impliquant des atomes et d'autres petites particules, la mécanique statistique a été développée, une façon de traiter ces problèmes de manière classique, en utilisant la mécanique classique.
Le phénomène, appelé effet photoélectrique, consiste à retirer un électron de la couche la plus externe d'un métal à l'aide d'un faisceau de lumière. À l'époque, la lumière était encore comprise comme une onde électromagnétique, et on supposait que plus l'intensité de la lumière était grande, plus la quantité d'énergie qu'elle transportait était grande. En utilisant la mécanique classique de l'époque, le résultat était que, quelle que soit la fréquence de la lumière, chaque fois que la lumière tombait sur un métal, il était possible d'augmenter l'intensité du faisceau afin d'arracher des électrons au matériau. Il était possible de mesurer l'énergie des électrons dénudés à l'aide d'un voltmètre.
Cependant, ce n'est pas ce que l'expérience a montré. Lorsqu'un faisceau de lumière monochromatique (fréquence unique) était focalisé sur une plaque métallique, l'électron pouvait ou non être arraché du métal. Si c'était le cas, un tel électron aurait une énergie définie, et l'augmentation de l'intensité de la lumière n'entraînerait pas la capture d'électrons d'énergies différentes, mais juste une plus grande quantité d'électrons de même énergie qu'auparavant. Si l'électron n'a pas été arraché par l'incidence de la lumière, l'augmentation de l'intensité de la lumière n'a pas non plus entraîné l'arrachage d'électrons du métal. De plus, si l'on faisait varier de façon décroissante la fréquence de la lumière incidente, pour un métal donné il y avait toujours une fréquence, dite fréquence de coupure, pour laquelle en dessous il n'était pas possible d'enlever des électrons au métal, quelle que soit la intensité lumineuse. Ainsi, la théorie était en contradiction avec l'expérience.Sous les images, il y a un simulateur pour interagir.
Selon Einstein adoptant la constante de Planck, l'équation du photon est...
Où h - constante de Planck, ν - fréquence e 𝜙 - fonction de travail
Ce qu'Einstein voulait dire par cette équation, c'est que pour une très basse fréquence donnée, il ne suffirait pas de faire tomber un électron de la plaque indépendamment si nous augmentions l'intensité de cette lumière à la même fréquence. Mais si nous focalisons sur la plaque métallique une lumière qui a une fréquence très élevée, par conséquent des électrons seraient libérés de cette plaque, et si nous augmentons l'intensité lumineuse à une fréquence élevée, plus la quantité d'électrons qui seront libérés sera grande. Le terme (𝜙) - fonction de travail qui apparaît dans cette équation nous indique qu'il existe une valeur minimale pour pouvoir retirer l'électron de la plaque, c'est-à-dire ;
si (h .ν) estmoins que(𝜙) les électronsàla volontécarte de sortie
si (h .ν) estplus grand alors(𝜙) les électrons seradescendre du tableau.
Ce 𝜙 a une valeur spécifique pour chaque type de métal. Cela se produit en raison des liaisons électrostatiques entre les atomes dans les métaux, nous savons que nous ne pouvons éliminer que les électrons libres, c'est-à-dire les électrons qui se trouvent dans la soi-disant couche de valence, car ils sont moins énergétiques et se détachent donc facilement de leur orbite atomique. Ce travail de sortie 𝜙 est exactement la valeur que le photon doit avoir pour casser cette énergie de liaison entre les atomes et assommer les électrons, générant un courant électrique dans les détecteurs. Pour mieux comprendre l'animation ci-dessous à propos de l'effet photoélectrique vous aidera à comprendre ce concept. Manipulez l'intensité de la lumière sur la plaque et a fréquence de celui-ci dans le spectre des couleurs et basculer entre les types de matériaux à partir desquels ces panneaux sont fabriqués. Et voyez ce qui se passe.
Avec cela, Albert Einstein avec cette expérience dit que la lumière n'est tout simplement pas seulement une particule et une onde, mais les deux ! Pour certains phénomènes, la lumière a un comportement ondulatoire et pour d'autres, elle a un comportement corpusculaire.