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Fiche 30 – Effet photoélectrique
Réussite Haïti – Physique NS4

Fiche 30 – Effet photoélectrique

Émission d’électrons – seuil de fréquence – relation de Einstein.

Objectif : comprendre l’émission d’électrons par un métal éclairé, le rôle de la fréquence du photon, la fonction travail et la relation fondamentale d’Einstein.

1. Qu’est-ce que l’effet photoélectrique ?

Lorsqu’un métal est éclairé par une lumière suffisamment énergétique, il peut émettre des électrons : ce sont les photoélectrons.

Ce phénomène montre que la lumière transporte une énergie sous forme de photons.

E = hν

2. Condition d’émission : fréquence seuil

Pour qu’un électron s’arrache du métal, il faut un photon suffisamment énergétique.

On définit une fréquence seuil ν₀ telle que :

hν ≥ hν₀
  • si ν < ν₀ → aucun électron n’est éjecté ;
  • si ν ≥ ν₀ → des électrons sont émis.

La fréquence seuil dépend du métal utilisé.

3. Fonction travail W₀

Énergie minimale nécessaire pour arracher un électron :

W₀ = hν₀
  • W₀ : fonction travail du métal, en joules ;
  • plus W₀ est grande → plus difficile d’arracher un électron.

4. Relation de Einstein pour l’électron émis

Le photon donne une énergie hν à un électron. Une partie sert à l’arracher (W₀), le reste devient énergie cinétique :

E_c = hν − W₀
  • E_c : énergie cinétique maximale de l’électron ;
  • si E_c = 0 → le photon a juste l’énergie minimale pour l’arracher.

5. Tension d’arrêt Uₛ

On peut arrêter les électrons en appliquant une tension négative.

E_c = eUₛ

où :

  • e : charge de l’électron,
  • Uₛ : tension d’arrêt.

6. Caractéristiques observées

  • Pas d’électrons si ν < ν₀, quelle que soit l’intensité lumineuse.
  • E_c augmente avec la fréquence ν.
  • Le nombre d’électrons augmente avec l’intensité lumineuse, mais pas leur énergie.
  • Effet instantané : pas de retard.

7. Synthèse

  • Photon : E = hν.
  • Condition d’émission : ν ≥ ν₀.
  • Fonction travail : W₀ = hν₀.
  • Énergie cinétique : E_c = hν − W₀.
  • Tension d’arrêt : E_c = eUₛ.
  • Intensité ↑ → plus d’électrons, mais pas plus énergétiques.
  • Fréquence ↑ → électrons plus rapides.