La physique

Effet photoélectrique


L'effet photoélectrique est un bon exemple de l'incompatibilité des résultats expérimentaux avec la théorie électromagnétique proposée par Maxwell.

En bref, c'est le phénomène dans lequel les électrons émettent d'une surface métallique lorsqu'ils sont exposés à un rayonnement électromagnétique.

Heinrich Hertz a été l'un des premiers scientifiques à observer ce phénomène. Il a utilisé un appareil à étincelles composé de deux circuits: l'un pour générer des ondes et l'autre pour les détecter, séparés par une certaine distance. Il s'agissait essentiellement d'un équipement avec deux plaques métalliques connectées à des potentiels différents, où des décharges électriques se produisaient.

Hertz a accidentellement découvert que les étincelles sur la carte du générateur produisaient des étincelles sur la plaque de réception. Après de nouvelles tentatives, il a conclu que la lumière était capable de générer des étincelles et que le phénomène n'était observé qu'avec la lumière ultraviolette.

L'expérience de Hertz a confirmé l'existence d'ondes électromagnétiques et la théorie de Maxwell de la propagation de la lumière, car le scientifique a pu produire des ondes électromagnétiques, maintenant appelées micro-ondes. La nouveauté était l'effet de la lumière ultraviolette sur la décharge électrique, car ce fait n'avait pas encore d'explication.

En 1889, Wilhelm Hallwachs a montré que, lorsqu'elles sont éclairées par un rayonnement ultraviolet, des surfaces métalliques telles que le zinc, le potassium et le sodium éjectent des particules chargées négativement. A cette époque, l'existence de l'électron, qui n'a été découverte qu'en 1897, était encore inconnue.

Philipp von Lenard, comme Thomson, a également mesuré le rapport charge / masse des particules éjectées et a déduit que l'augmentation des étincelles que Hertz avait observée était le résultat de l'émission d'électrons, qu'il a nommés. photoélectrons.

La figure ci-dessous montre l'illustration d'un appareil qui nous permet d'observer l'effet photoélectrique:

Dans l'appareil expérimental ci-dessus, certaines lumières f Il illumine une surface métallique à l'intérieur d'un tube maintenu sous vide et des électrons sont émis par cette surface. Les deux plaques sont maintenues à une différence de potentiel. V. Si les électrons émis ont suffisamment d'énergie pour atteindre le collecteur, ils seront capturés, et cela sera observé comme un courant électrique. jequi est enregistré sur l'ampèremètre Un. La fréquence f, l'intensité Je de lumière, la différence de potentiel V et le matériel de l'expéditeur peut varier.

Les résultats expérimentaux obtenus dans cette expérience sont énumérés ci-dessous:

  • Le courant électrique mesuré sur l'ampèremètre apparaît presque instantanément au processus d'éclairage de la surface émettrice, même si la lumière incidente a une faible intensité. Le délai entre le temps d'éclairage et l'apparition du courant électrique est de l'ordre de 10-9 s et est indépendant de l'intensité de la lumière incidente.
  • Si nous fixons la fréquence et le ddp, le courant électrique sera directement proportionnel à l'intensité de la lumière incidente.
  • Si nous fixons la fréquence et l'intensité de la lumière incidente, le courant diminuera à mesure que le ddp augmente. Le courant électrique cesse à une certaine valeur de V, appelé potentiel de freinage électrique ou potentiel de coupe électrique, V0, qui est indépendante de l'intensité de la lumière incidente.
  • Pour certains matériaux émetteurs, le potentiel de freinage varie linéairement avec la fréquence selon l'équation:

    O Where w0est une constante appelée fonction de travailétant donc fonction du matériau. Se souvenir que h est la constante de Planck, dont la valeur est h = 6,63x10-34 Js, et et est la charge d'électrons (e = 1,6x10-19 C).

  • Pour chaque matériau il y a un fréquence de coupure ou seuil de fréquenceen dessous duquel les électrons ne sont pas émis, quelle que soit l'intensité de la lumière incidente.