Effet photoélectrique
Albert Einstein a montré que la dépendance à la fréquence ne pouvait être justifiée par la seule théorie classique des ondes, il a donc apporté une perspective particulaire. En 1905, il a déclaré que les photons (nommés par G.N. Lewis), étaient des « particules de lumière » qui avaient une énergie similaire à celle de l’équation de Planck. Cette équation stipule que la fréquence et l’énergie d’un quantum de rayonnement électromagnétique sont proportionnelles. L’idée d’Einstein était révolutionnaire car il apportait une nouvelle perspective pour regarder la lumière non seulement comme une onde, mais aussi comme une particule.
Équation de Planck : E=hv Constante de Planck : h=6,626×10-34 Js 
Le phénomène de l’effet photoélectrique selon lequel des électrons sont émis lorsque la lumière frappe la surface des métaux a été découvert par Heinrich Hertz en 1888. Ce processus se vérifie lorsque la lumière incidente a une fréquence supérieure à une certaine valeur seuil. La quantité d’électrons éjectés est déterminée par l’intensité de la lumière incidente, cependant, la fréquence de la lumière affecte les énergies cinétiques des électrons émis.
En d’autres termes, l’intensité peut être décrite comme la luminosité d’une source de lumière. Ainsi, en augmentant la luminosité, l’intensité augmente, et l’énergie libérée aussi. La production d’énergie sera plus importante et lorsque cela se produit, l’amplitude de l’onde lumineuse augmente. Mais peu importe l’augmentation de l’énergie ou de l’amplitude lorsqu’il s’agit d’essayer d’émettre des électrons à partir d’une surface métallique. Pour ce faire, la fréquence doit augmenter.
Augmenter la luminosité (maintient la fréquence et l’énergie)–>Augmenter l’intensité (augmente#de phot
ons)–>Augmente le # d’électrons émis
Augmente la fréquence–>Augmente l’énergie cinétique des électrons
L’explication d’Einstein était que la lumière avait la caractéristique d’une particule (photon) avec l’énergie du photon de E=hv. Il a conclu que si la fréquence seuil du métal était supérieure à la fréquence du photon, alors le photon n’aura aucun effet lorsqu’il bombardera la surface du métal. Cependant, si le photon atteint la fréquence seuil, il peut provoquer l’émission d’un électron. Afin d’émettre plus d’électrons, la source lumineuse doit être éclairée pour augmenter l’intensité, ce qui maintient toujours la fréquence de la lumière et la même énergie, mais augmente le nombre de photons.
Fréquence seuil : Vo= (eVo)/h = fonction de travail/constante de Planck
L’effet photoélectrique peut se produire même avec la lumière de fréquence la plus basse appelée fréquence seuil.
Les photo-électrons sont libérés lorsque l’énergie des photons (hv) est supérieure à la fonction de travail. L’énergie en excès est libérée sous forme d’énergie cinétique dans le photoélectron éjecté et est proportionnelle à la fréquence de la lumière.
Le schéma ci-dessus illustre un électron frappé par un photon d’énergie, ce qui lui permet de surmonter la fonction de travail qui le lie à la surface du métal. En conséquence, un photoélectron est émis avec une énergie cinétique.
En appliquant la loi de conservation de l’énergie, nous obtenons l’équation : hv =eVo+(1/2)mv2
Pour résumer, quelle que soit l’intensité de la lumière, aucun électron ne sera émis si la fréquence de la lumière est inférieure à la fréquence seuil (Vo) de la surface métallique.
- Si la fréquence de la lumière incidente est supérieure à la fréquence seuil,alors l’énergie cinétique de la particule émise augmentera linéairement par rapport à la grandeur de la fréquence.
- Si la fréquence de la lumière incidente est supérieure à la fréquence seuil, le nombre d’électrons émis est déterminé par l’intensité. (NOTE IMPORTANTE : l’énergie cinétique par électron ne change pas si l’intensité est modifiée, seulement lorsque la fréquence est manipulée)
- Bien que chaque métal ait sa propre fréquence seuil unique, ils ont tous des modèles similaires.