Calculateur d'effet photoélectrique

À propos de l'effet photoélectrique

L'effet photoélectrique se produit lorsqu'un rayonnement électromagnétique transmet assez d'énergie à un électron à la surface d'un matériau pour qu'il s'échappe. Son observation a contribué à établir que la lumière arrive par paquets discrets appelés photons. L'énergie d'un photon est E = hf, où h est la constante de Planck et f la fréquence. Comme c = λf relie fréquence et longueur d'onde, une lumière de plus courte longueur d'onde porte davantage d'énergie par photon. Ce calculateur accepte une fréquence en hertz, une longueur d'onde en nanomètres ou directement une énergie en électronvolts. Le travail de sortie est l'énergie minimale nécessaire pour libérer un électron de la surface. L'équation photoélectrique d'Einstein indique que l'énergie cinétique maximale d'un électron émis vaut l'énergie du photon moins le travail de sortie. Si l'énergie du photon est inférieure ou égale à ce travail, l'énergie cinétique calculée est nulle et il n'y a pas de photoémission. Une lumière plus intense apporte davantage de photons et peut libérer davantage d'électrons, mais ne permet pas à un photon sous le seuil d'éjecter un électron. La fréquence seuil est le travail de sortie divisé par la constante de Planck. C'est la fréquence incidente minimale capable de provoquer l'émission. La longueur d'onde seuil est la plus longue permettant l'émission et vaut la vitesse de la lumière divisée par la fréquence seuil. Le calculateur convertit aussi l'énergie cinétique positive des électronvolts en joules, puis applique la relation classique KE = mv²/2 pour estimer la vitesse de l'électron émis le plus rapide. Il s'agit d'un maximum idéal : les électrons provenant de zones plus profondes peuvent perdre de l'énergie avant de quitter la surface. Le travail de sortie dépend du matériau, de la face cristalline, de la propreté de surface, des revêtements, de la température et des conditions de mesure. Les valeurs publiées sont donc représentatives, et non universelles. Les exemples scolaires courants comprennent le césium vers 2.14 eV, le sodium vers 2.28 eV, le zinc vers 4.33 eV et l'or vers 5.1 eV. Si la précision est importante, utilisez une valeur adaptée à l'échantillon réel. Ces calculs servent aux exercices de physique quantique, au choix des photocathodes, aux phototubes à vide, à la spectroscopie de surface et à la conception de détecteurs. Le modèle simple suppose qu'un photon transmet son énergie à un électron et néglige la structure de bandes, les potentiels de contact, la diffusion électronique et les corrections relativistes. Il convient surtout à la compréhension des seuils énergétiques et des maxima idéaux, plutôt qu'à la prédiction d'un spectre d'émission mesuré complet.

Exemples d'effet photoélectrique

Comment utiliser le calculateur

1. Décrivez la lumière incidente par sa fréquence, sa longueur d'onde ou l'énergie du photon.
2. Saisissez le travail de sortie positif du matériau éclairé, en électronvolts.
3. Sélectionnez Calculer l'effet photoélectrique.
4. Comparez l'énergie du photon au seuil, puis consultez l'énergie cinétique et la vitesse de l'électron.

Questions fréquentes