Exercice sur photoélectrique

[invite128cf57d]

Bonjour, je reposte une question que j'ai posé sur le forum TPE/TIPE, car je viens de remarquer que la plus part des questions sur des exercices trouve leur réponse sur ce forum, et non pas dans la partie étudiant. (En fait, je n'ai aucune idée d'où je dois poster ma questions, donc si ce n'est pas ici non plus, dites le moi. Merci d'avance.

Bonjour à tous,
voila, je suis entrain de réviser en vue de mes examens de septembre,
et j'ai un petit soucis sur les exercices,
Dans plusieurs éxercices, il m'est demander de donner le nombre d'électrons émis par une plaques qui reçoit un rayonnement donné.
On me donne à chaque fois la puissance, et la longueur d'onde du faiseau.

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1) Un faisceau uniforme de longueur d’onde 4 .10^(-7)m tombe sur un matériau ayant un travail d’extraction de 2,0 eV. Si le faisceau a une intensité de 3 .10^(-9) w/m^2 , calculez le nombre électrons émis par m² et par seconde.

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2) un laser émet avec une puissance de 2,7 Mw une radiation ultraviolette dont la longueur d’onde a pour valeur 0,37 μm. Ce faiseau est dirigé vers un échantillion caractérisé par un travail d’extraction de 2 eV. Déterminer Le nombre d’électrons émis pendant 3 secondes.

De ce que j'ai compris, pour la résolution, je dois chercher l'energie d'un photon, diviser la puissance du faiseau (remise en J/s) par cette valeur, ce qui me donne le nombre de photons pour l'energie donnée à la longueur d'onde donnée. Et cette valeur donne le nombre d'electron émis (car, d'apres ce que j'ai compris, 1 photons permet l'émision d'un électron (si les conditions sont suffisante)). Ai-je bien compris?

Mais voila, sur les exercices (voir exemple ci-dessu), j'obtiens des valeurs différentes des réponses données,

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1) j'obtiens 6 . 10^19 electron /m² /s alors que le corriger donne 1,7 . 10^10 et pour le 2) j'ai 15 . 10^21 contre 1,5 . 10^16

donc je me demande si je me trompe quelque part? ou si le corriger est juste...

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je place ma résolution du premier pour montrer ce que j'ai fait :
3 .10^(-9) w/m^2 =3 .10^(-9) J/(m^2 .s ) = énergie émise par seconde et par mètre carré.
E((h .c)/λ)=(6,62 .10^(-34) .3 .10^8)/(4 .10^(-7) )=4,965 . 10^(-19) J = énergie d’un Photon du faisceau
Nombre de photon par seconde et par mètre carré = (3 .10^(-9)/(4,965 .10^(-19) )=6 .10^9

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[phys4]

Bonjour,

Votre raisonnement est correct, mais votre réponse ne l'est pas. Il s'avère aussi que le corrigé est faux.

pour le 1 la réponse est de 6.10⁹ par m² et par sec

Pour le 2 la réponse est 1,5. 10²⁵ électrons. Zéro partout ?

Pouvez vous détailler les énergies trouvées, afin de voir d'où provient l'erreur ?

[phys4]

Il semble que les exposants soient systématiquement mal recopiés, ils ne sont pas moins importants que les autres chiffres.

[invite128cf57d]

Pour le premier, c'est une erreur de frappe, c'est bien 6 .10^9 :

1)
3 .10^(-9) w/m^2 =3 .10^(-9) J/(m^2 .s ) = énergie émise par seconde et par mètre carré.
E((h .c)/λ)=(6,62 .10^(-34) .3 .10^8)/(4 .10^(-7) )=4,965 . 10^(-19) J = énergie d’un Photon du faisceau
Nombre de photon par seconde et par mètre carré = (3 .10^(-9)/(4,965 .10^(-19) )=6 .10^9

2) E_photon ((h . c)/λ) = ( (6,62 .10^(-34) .3 .10^8) / ( 0,37 .10^(-6) ) ) = 537 . 10^-21 J

n=(3 . 2,7 .10^3)/(h .c/λ)= 15 .10^21 électrons

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

2) E_photon ((h . c)/λ) = ( (6,62 .10^(-34) .3 .10^8) / ( 0,37 .10^(-6) ) ) = 537 . 10^-21 J

n=(3 . 2,7 .10^3)/(h .c/λ)= 15 .10^21 électrons

Le calcul de l'énergie par photon est correcte, mais 2,7 MW ce n'est pas 2,7 10³ mais 2,7 10⁶

Pas d'autre défaut, il me semble que le corrigé divise l'énergie disponible par le seuil d'éjection, ce qui n'est pas correct, il ne peut y avoir plus d'électrons émis que de photons, le supplément d'énergie disponible se traduira par une énergie cinétique de l'électron émis.

[invite128cf57d]

OK un grand merci.
ça me paraissait bizzar les réponses données, pour le surplus d'énergie, les sous-questions de ces exercices, demande en effet de calculer la vitesse de electron émis(que j'ai fait en isolant la vitesse de l'equation E_photon ( (h . c)/λ ) - E_extraction = E_cinétique ( (m .v^2)/2) ) , et le courant (j'ai fait via I=ΔQ/Δt=(n_electron .q_electron)/Δt). Mais là j'avait les même réponses, (ce qui était étrange, vu que si je rentrait la valeur donnée du nombre d’électron, je n’obtenait pas le bon courant.)

Encor un grand merci pour l'aide .

[LPFR]

Bonjour.
Je n'ai pas refait les calculs, mais je ne vois nulle part tenir compte de la direction prise par l'électron après l'absorption du photon.
Il ne suffit pas qu'un électron soit frappé par un photon pour qu'il sorte. Il part dans n'importe quelle direction et les seuls qui peuvent sortir sont ceux dont la composante de vitesse perpendiculaire à la surface correspond à une énergie cinétique plus grande que le travail d'extraction.
Et ça, en supposant qu'ils soient émis très près de la surface et qu'il n'y ait pas d'interaction entre l'absorption de l'énergie du photon et la surface.
Au revoir.

[phys4]

Il ne suffit pas qu'un électron soit frappé par un photon pour qu'il sorte. Il part dans n'importe quelle direction et les seuls qui peuvent sortir sont ceux dont la composante de vitesse perpendiculaire à la surface correspond à une énergie cinétique plus grande que le travail d'extraction.

Il est certain que le rendement photoélectrique est loin de 100%,

il s'agit ici d'un exercice d'école dans lequel le rendement (qui atteint rarement 50%) n'est pas donné. Les réponses sont donc données pour un rendement de 100%, faute de données plus précises.
L'exemple du laser de 2,7MW est encore plus critique, car cette puissance produira une volatilisation locale de la cible et une émission induite qui n'a plus rien de photoélectrique.

[LPFR]

Bonjour.
Oui. C'est un exercice d'école. Mais de mauvaise école. La personne qui l'a pondu n'a pas compris comment se passe l'effet photoélectrique et transmet son ignorance aux étudiants.
Au revoir.