Le photon et la dualité onde-corpuscule
Modèles de la lumière
Le photon et la dualité onde-corpuscule
Le photon
La lumière peut aussi être décrite comme un flux de particules appelées photons. Chaque photon transporte une énergie :
$$ E = h \nu = \frac{hc}{\lambda} $$
- $h = 6{,}63 \times 10^{-34}$ J·s (constante de Planck)
- $\nu$ : fréquence de la lumière (Hz)
- $\lambda$ : longueur d'onde (m)
Énergie en électron-volt
L'électron-volt (eV) est une unité d'énergie adaptée à l'échelle atomique :
$$ 1 \text{ eV} = 1{,}6 \times 10^{-19} \text{ J} $$
Exemple : Lumière verte ($\lambda = 550$ nm) :
$$
E = \frac{6{,}63 \times 10^{-34} \times 3{,}00 \times 10^8}{550 \times 10^{-9}} = 3{,}62 \times 10^{-19} \text{ J} \approx 2{,}26 \text{ eV}
$$
Effet photoélectrique
L'effet photoélectrique est l'éjection d'électrons d'une surface métallique éclairée par de la lumière.
Observations
- L'effet ne se produit que si la fréquence $\nu$ dépasse un seuil $\nu_0$ (indépendant de l'intensité)
- Au-dessus du seuil, le nombre d'électrons éjectés est proportionnel à l'intensité lumineuse
Explication par le modèle corpusculaire
Chaque photon cède son énergie $$ 1 \text{ eV} = 1{,}6 \times 10^{-19} \text{ J} $$0 à un électron. L'éjection n'est possible que si $$ 1 \text{ eV} = 1{,}6 \times 10^{-19} \text{ J} $$1 (travail d'extraction).
$$ E_c = h\nu - W $$
Ce phénomène ne peut pas être expliqué par le modèle ondulatoire seul.
Dualité onde-corpuscule
La lumière possède à la fois des propriétés ondulatoires (diffraction, interférences) et corpusculaires (effet photoélectrique).
| Phénomène | Modèle |
|---|---|
| Propagation, diffraction, interférences | Ondulatoire |
| Effet photoélectrique, émission/absorption | Corpusculaire |
Conclusion : la lumière n'est ni une onde classique, ni un flux de particules classiques. Elle possède les deux aspects selon l'expérience réalisée.