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Simple précision. Effet photo électrique.



  1. #1
    Floris

    Simple précision. Effet photo électrique.


    ------

    Bonjour, simple précision que je vous demande concernant l'effet photo électrique.

    Pour que le matériau émette un électron, es que qu'il faut une certaine longueur d'onde, ces a dire pas plus long-pas plus court, ou en fait in faut dépasser un seuil d'énergie?

    Aussi, hormis les métaux, je suppose que l'effet photo électrique peut se produire pour tous les atomes non?

    Merci encore.
    flo

    -----

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  3. #2
    deep_turtle

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    En effet, il faut que la la lumière ait une fréquence minimum (ou une longueur d'onde maximum) pour que l'effet photo-électrique ait lieu.

    Pour les atomes, ça s'appellerait plutôt l'ionisation, mais perso j'aurais en effet tendance à dire que c'est la même chose...

  4. A voir en vidéo sur Futura
  5. #3
    Floris

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Salut Deep_Turtle, merci beaucoup d'avoir répondu à ma question.
    Voila, juste encore une petite précision, lorsque j'augmente l'intensité du rayonnement que se passe t'il pour l'électron arraché? Si maintenant j'augmente la fréquence de même qu'en est t'il? Es que la vitesse de l'électron va varier si j'augmente l'intensité? Je suppose que oui, maintenant si j'augmente l'énergie du rayonnement, en est t'il de même?

    Merci encore
    Bien amicalement
    Floris

    Message édité : prénom remplacé par le pseudo...
    Dernière modification par deep_turtle ; 10/12/2004 à 07h09.

  6. #4
    Konrad

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Ahaaa, sujet subtil et fort intéressant



    Citation Envoyé par Floris
    lorsque j'augmente l'intensité du rayonnement que se passe t'il pour l'électron arraché? Es que la vitesse de l'électron va varier si j'augmente l'intensité?...
    La réponse n'est pas intuitive... Augmenter l'intensité du rayonnement revient à augmenter le nombre de photons qui arrivent sur la surface. Mais chaque photon transporte toujours la même énergie ! Donc, le nombre d'électrons arrachés est plus grand, mais la vitesse d'un électron individuel est toujours la même.

    On observe ainsi une augmentation significative de l'intensité du courant qui en résulte, proportionnelle au nombre de photons incidents.


    Citation Envoyé par Floris
    Si maintenant j'augmente la fréquence de même qu'en est t'il?
    Si tu augmentes la fréquence v du rayonnement, alors tu augmentes l'énergie E associée à chaque photon (E=h.v) ; chaque électron recevra donc plus d'énergie, sera arraché avec une grande force et ira donc plus vite.

    Au niveau du courant électrique généré, il y a un peu plus d'électrons à passer par unité de temps (puisqu'ils vont plus vite), mais c'est relativement faible comme effet comparé à celui provoqué par une augmentation d'intensité lumineuse. (la vitesse de chaque électron varie comme racine de E, donc comme racine de la fréquence)


    Citation Envoyé par Floris
    hormis les métaux, je suppose que l'effet photo électrique peut se produire pour tous les atomes non?
    Non cet effet ne peut pas exister pour les isolants ; pour leur arracher des électrons il faudrait un rayonnement extrêmement intense, cela les "brûlerait" et alors on n'obtient pas du tout le même effet.
    "Un clavier AZERTY en vaut deux."

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #5
    chaverondier

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Citation Envoyé par Floris
    Lorsque j'augmente l'intensité du rayonnement que se passe t'il pour l'électron arraché ?
    Le nombre d'électrons arrachés par unité de temps va être plus grand car un plus grand nombre de quantas d'énergie e=h nu pourra être prélevé par unité de temps dans le rayonnement incident.
    Citation Envoyé par Floris
    Si maintenant j'augmente la fréquence qu'en est-il ?
    L'énergie cinétique des électrons arrachés va augmenter (elle vaudra Ec = h nu - h nu0 où nu0 désigne le seuil de fréquence minimale caractéristique de l'effet photo-électrique pour lequel se produit l'ionisation du métal considéré).
    Citation Envoyé par Floris
    Est-ce que la vitesse de l'électron va varier si j'augmente l'intensité ? Je suppose que oui
    Non car le quanta d'énergie absorbé e=h nu ne dépend pas de l'intensité I du rayonnement, mais de sa fréquence nu.
    Citation Envoyé par Floris
    Maintenant, si j'augmente l'énergie du rayonnement, en est-il de même?
    Augmenter la puissance du rayonnement incident (énergie rayonnée par unité de temps) veut dire la même chose qu'augmenter son intensité.

    Bernard Chaverondier

  9. #6
    Floris

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Merci à vous tous pour ces précision.
    Citation:

    Posté par Floris
    Maintenant, si j'augmente l'énergie du rayonnement, en est-il de même?

    Augmenter la puissance du rayonnement incident (énergie rayonnée par unité de temps) veut dire la même chose qu'augmenter son intensité.

    Bernard Chaverondier

    Oui, quand je parlais d'énergie, je voulai parler de l'énergie du photon.
    Une autre question, j'ai déduit la chose suivante, j'aimerai savoir si je fait éreur ou non.
    L'intensitée se fait t'elle par saut? Par exemple pour un rayonement d'intensitée très faible, je n'est que 0 ou 1 d'intensité?

    Merci encore

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  11. #7
    monnoliv

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    L'intensitée se fait t'elle par saut? Par exemple pour un rayonement d'intensitée très faible, je n'est que 0 ou 1 d'intensité?
    Oui, un de mes camarades de cours dans une expérience similaire avait observé des "sauts" quantiques de courant (courants extrêmement faibles).
    Ne soldez pas grand mère, elle brosse encore.

  12. #8
    Julio

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Des sauts quantiques de courant ??? Pas mal ça ^^ Les fluctuations quantiques sont trop faibles pour êtes percues à notre échelle...

    Je dis pas ça méchemment mais c'est assez rigolo ^^

  13. #9
    roll

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Oui, un de mes camarades de cours dans une expérience similaire avait observé des "sauts" quantiques de courant (courants extrêmement faibles).
    Et c'est quoi exactement cette expérience?

  14. #10
    monnoliv

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    En fait, c'était un dispositif à semiconducteur dont un canal de passage était très petit, et l'échelle était telle qu'on arrivait à voir une discrétisation du courant. Je n'en sais pas plus.
    Ne soldez pas grand mère, elle brosse encore.

  15. #11
    Makalu

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Je crois que tu fais référence aux points quantiques. Ce sont des dispositifs de l'ordre du nanomètre (1 milliardième de mètre!) qui permettent de confiner les électrons individuellement. Ces dispositifs sont très prometteurs pour la mise au point d'ordinateurs quantiques. L'idée, je crois, est d'utiliser un système quantique à deux niveaux comme unité d'information de base (qubit). Dans un ordinateur classique ces unités d'informations (bit) peuvent prendre seulement deux valeurs 0 ou 1. Dans un ordinateur quantique il est aussi possible d'avoir un état qui est une superposition (quantique) des états 0 et 1 ce qui ouvre de nouvelle perspectives d'algorithmes avec à la clé des ordinateurs plus puissants. Mais je ne suis pas expert dans ce domaine...

  16. #12
    Konrad

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Personne n'a remarqué ma boulette pourtant elle est énorme...

    Citation Envoyé par Konrad
    Si tu augmentes la fréquence v du rayonnement, alors tu augmentes l'énergie E associée à chaque photon (E=h.v) ; chaque électron recevra donc plus d'énergie, sera arraché avec une grande force et ira donc plus vite.

    Au niveau du courant électrique généré, il y a un peu plus d'électrons à passer par unité de temps (puisqu'ils vont plus vite), mais c'est relativement faible comme effet comparé à celui provoqué par une augmentation d'intensité lumineuse. (la vitesse de chaque électron varie comme racine de E, donc comme racine de la fréquence)
    Dans ce cas il n'y aura pas plus d'électron à passer par unité de temps, puisqu'il y en a autant d'arrachés de la surface par unité de temps... Les électrons vont juste plus vite, et leur vitesse varie bien en racine de l'énergie des photons incidents : en effet, l'énergie cinétique de l'électron sera celle du photon, mois l'énergie qu'il faut pour extraire l'électron du matériau :

    Te- = Ephoton - Elibération


    Or l'énergie cinétique de l'électron peut aussi bien s'écrire :

    Te- = m.v²

    où v est la vitesse de l'électron. Si on égale les deux formules on voit que la vitesse de l'électron s'exprime bien comme la racine de l'énergie du photon (à quelques constantes près).
    "Un clavier AZERTY en vaut deux."

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  18. #13
    Floris

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Citation: "En fait, c'était un dispositif à semiconducteur dont un canal de passage était très petit, et l'échelle était telle qu'on arrivait à voir une discrétisation du courant. Je n'en sais pas plus."

    Une discrétisation du courant!!!!!
    Je veux bien, on à soit 0 ou 1 électron, mais la si je m'abuse, on n'a pas la constante de planck n'est pas?
    Merci encore
    flo

  19. #14
    Konrad

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Ah non mais la notion de discrétisation ou de quantification n'est pas nécessairement associée à la constante de Planck !

    Dans le cas du dispositif (qui devait être un FET), si le canal est suffisamment étroit il est concevable de faire passer les électrons un par un ; on atteint alors un seuil où la discrétisation est clairement visible, et le courant vaut 1,6.10-19 Ampère, ce qui est le plus petit courant possible (sauf à considérer un "courant de quarks", qui ont une charge inférieure mais je ne sais pas si c'est vraiment faisable ni si ça a un intérêt).
    "Un clavier AZERTY en vaut deux."

  20. #15
    Floris

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Oki konrad, donc on est bien daccord.
    merci a toi.
    flo

  21. #16
    Coincoin

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    le courant vaut 1,6.10-19 Ampère
    Euh... attention le courant vaut 1.6 10-19 coulombs fois le temps séparant chaque électron...
    Encore une victoire de Canard !

  22. #17
    Chip

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Citation Envoyé par Coincoin
    Euh... attention le courant vaut 1.6 10-19 coulombs fois le temps séparant chaque électron...
    divisé par le temps séparant chaque électron (je pense que c'est ce que tu voulais dire!). Je crois effectivement qu'on n'a pas observé de quantification fondamentale du courant, alors qu'on a observé la quantification du flux de champ magnétique, et de la résistance. Ceci dit on a aussi observé des courants de charges fractionnaires :)

  23. #18
    Max

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Salut,

    Citation Envoyé par monnoliv
    En fait, c'était un dispositif à semiconducteur dont un canal de passage était très petit, et l'échelle était telle qu'on arrivait à voir une discrétisation du courant. Je n'en sais pas plus.
    En fait il y a une experience plus simple, qui consiste a faire vibrer un fil tres fin d'or au dessus d'une plaque fait du meme metal. Si on mesure le courant pouvant circuler a travers ce system, on observe a l'oscilloscope qu'il se fait par palier.

    En ce qui concerne la quantification de grandeurs physiques en general , il ya aussi celle de conduction thermique qui a ete observee, et aussi celle de la rotation de vortex dans l'helium superfluide.

    A+

    Max

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  25. #19
    Chip

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Je ne connais pas l'expérience à laquelle Max fait allusion (fil d'or vibrant). Personnellement je parlais de quanta "fondamentaux" de flux de champ magnétique et de résistance. Ces quanta s'expriment en fonction des constantes fondamentales, je ne sais pas si c'est le cas du courant dans l'expérience évoquée. Si dans cette expérience les palliers de courant dépendent de la fréquence de vibration du fil, de sa longueur, etc., c'est une quantification qui n'est pas "fondamentale". De même lorsque qu'on fait diffracter un faisceau de lumière parallèle sur un réseau, les angles de diffraction sont quantifiés. Mais pas de manière fondamentale (il n'y a pas de "quantum d'angle" fondamental identifiable par cette expérience).

    Peux-tu en dire plus Max?

  26. #20
    Floris

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Mais dites moi, cette quantification est bien dû à la faible quantitée de charge n'es pas?
    Merci a vous
    flo

  27. #21
    Konrad

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Citation Envoyé par Coincoin
    Euh... attention le courant vaut 1.6 10-19 coulombs divisé par le temps séparant chaque électron...
    ...et par unité de surface bien sûr ; je parlais dans le cas d'un électron unique traversant le canal... sans l'avoir précisé ce qui est un peu confus j'en conviens



    Citation Envoyé par Floris
    Mais dites moi, cette quantification est bien dû à la faible quantitée de charge n'es pas?
    Oui, cette quantification est dûe au fait que ce sont des charges ponctuelles (à cette échelle les électron peuvent être traités comme des charges ponctuelles) qui provoquent le courant, et non un phénomène continu.

    En principe tout courant est quantifié, mais à vrai dire sur des courants assez élevés (supérieurs au picoampère par exemple), le fait de rajouter ou d'enlever un électron (ou même 10 ou 100) ne change rien au courant : pour ces courants assez élevés, on parle de quasi-continuum (=à strictement parler ce n'est pas un continuum, mais on peut le traiter comme tel).
    "Un clavier AZERTY en vaut deux."

  28. #22
    Chip

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Citation Envoyé par Konrad
    ...et par unité de surface bien sûr ; je parlais dans le cas d'un électron unique traversant le canal...
    juste une remarque : le courant s'exprime en charge/temps, pas en charge/(temps.surface).

    Citation Envoyé par Konrad
    En principe tout courant est quantifié
    le fait que la charge soit quantifiée n'implique pas que le courant le soit.

  29. #23
    Konrad

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Heu oui bien sûr je pète les plombs avec ma surface moi, complètement à la masse...

    Un courant électrique s'exprime comme : I = Q/t

    où Q est la charge (en Coulombs) traversant une section droite du matériau en un temps t. Puisque Q est quantifié (il ne peut passer qu'un nombre entier d'électrons...), le courant I l'est forcément lui-même... non ?!?
    "Un clavier AZERTY en vaut deux."

  30. #24
    Chip

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Pas nécessairement, puisque le temps n'est pas quantifié fondamentalement (du moins c'est ce qu'on considère habituellement!). On peut avoir un courant de 1,35 électrons par seconde, ou de 3,91 electron/s. Bien sûr dans telle ou telle expérience le courant peut être quantifié (par exemple en multiples de 3,91 électrons par seconde). La question que je posais au-dessus c'était de savoir s'il avait déjà été mesuré un "quantum fondamental de courant" (comme on mesure des quanta fondamentaux de flux magnétique et de résistance Hall) ce qui n'est pas évident a priori.

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  32. #25
    Coincoin

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    I = Q/t
    Ca a été laborieux, mais on a enfin la bonne relation !
    J'ai entendu parler de l'effet Hall fractionnaire... quelqu'un en saurait-il plus ?
    Encore une victoire de Canard !

  33. #26
    neutrinoman

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Citation Envoyé par Coincoin
    J'ai entendu parler de l'effet Hall fractionnaire... quelqu'un en saurait-il plus ?
    Je sais effectivement que dans l'effet Hall quantique l'interaction des électrons avec le quantum de flux implique des charges fractionnaires, mais je n'en sais pas plus. (je connais un expert dans ce domaine faudrait que je lui demande !)
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  34. #27
    Chip

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Citation Envoyé par Coincoin
    J'ai entendu parler de l'effet Hall fractionnaire... quelqu'un en saurait-il plus ?
    Je ne connais pas bien le domaine, mais j'ai retenu quelques trucs. Tout d'abord il faut préciser qu'il y a l'effet Hall quantique entier, et l'effet Hall quantique fractionnaire. Dans les deux cas les systèmes étudiés sont des gas d'électrons confinés au niveau d'une hétérojonction. Le potentiel de confinement perpendiculairement à la jonction, associé à une très basse température (qq dizaines de mK je crois) fait que les électrons se déplacent strictement à deux dimensions (dans la direction transverse leur fonction d'onde occupe le niveau fondamental). Un champ magnétique intense (plusieurs T) est appliqué perpendiculairement à la jonction.

    Dans l'effet Hall quantique entier la résistance Hall présente des palliers (en fonction de l'intensité du champ magnétique appliqué) qui sont caractéristiques de l'occupation plus ou moins complète des niveaux de Landau par les électrons (la dégénérescence des niveaux de Landau dépend du champ appliqué). La plus grande résistance possible vaut h/e^2 (les autres palliers sont des diviseurs de cette résitance). Cette résistance est "fondamentale" car elle ne dépend pas des caratéristiques précises de l'échantillon, mais uniquement des constantes h et e. Elle peut servir d'étalon de résistance (je crois d'ailleurs que c'est le cas...).

    L'effet Hall quantique fractionnaire a été découvert après, et cette fois de façon tout à fait inattendue : la résistance Hall présente des plateaux supplémentaires et notamment à trois fois la résistance h/e^2. L'explication est très différente de l'effet Hall quantique entier et fait intervenir un comportement collectif des électrons, ce qui n'était pas le cas avec l'EHQE. La fonction d'onde des électrons dans ce nouvel état s'écrit de façon non factorisée (fonction d'onde de Laughlin), cet état est donc "fortement corrélé". Si j'ai bien compris, cet état est interprété comme l'association de chaque électron avec trois quanta de flux de champ magnétique (ou de façon équivalente avec trois "vortex électroniques" qui contre-carrent le champ appliqué). Les propriétés de cette état, notamment le fait qu'il puisse manifester une charge fractionnaire e/3, seraient également lié à la phase géométrique que peuvent acquérir les fonctions d'ondes lorsqu'un système est restreint à deux dimensions de l'espace.

    Stormer, Tsui et Gossard (les deux premiers sont les découvreurs de l'EHQF, nobélisés avec Laughlin) expliquent cela bien mieux que je ne pourrais le faire dans la référence suivante (fichier postscript .ps) :

    http://www.physics.fsu.edu/Courses/F...91/rmp/S298.ps

  35. #28
    Chip

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Oups, palier et non pallier.

  36. #29
    Coincoin

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Merci beaucoup, Chip, pour cette explication bien complète !
    C'est bien ce que j'avais retenu de l'effet Hall quantique fractionnaire : on observe des fractions de charge mais c'est dû à un comportement collectif.
    Encore une victoire de Canard !

  37. #30
    Max

    Re : Simple précision. Effet photo électrique.

    Salut,

    Citation Envoyé par Chip
    Je ne connais pas l'expérience à laquelle Max fait allusion (fil d'or vibrant). Personnellement je parlais de quanta "fondamentaux" de flux de champ magnétique et de résistance. Ces quanta s'expriment en fonction des constantes fondamentales, je ne sais pas si c'est le cas du courant dans l'expérience évoquée.
    Salut, l'observation du passage du courant par palier entre le fil et la surface d'or n'a rien a voir avec la vibration du fil. Le fil est mis en mouvement afin d'eviter la formation d'un contact "franc" a faible valeur ohmique entre le fil et la plaque.
    Ce qui est observe, est le passage graduel du courant par effet tunnel a mesure que le fil se rapproche de la plaque, et donc que la probabilite de "tunneling" augmente. Il s'agit donc d'un effet assez bref sur la periode de vibration du fil.
    J'ai lu les details de cette experience il y a qq annees dans un journal dedie a l'enseignement scientifique, vu que cette experience peut etre realisee avec des moyens modestes.

    A+

    Max

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