Effet compton et Effet photoélectrique

[micka1693]

Bonjour à tous
Je suis en préparation pour des concours et j'ai vraiment du mal à différencier ces deux notions...
si quelqu'un pouvais m'aider ça serait génial
merci d'avance
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[Deedee81]

Bonjour Micka,

Bienvenue sur Futura.

En regardant sur Wukipedia tu auras des description complètes. Sinon :

- Effet photoélectrique. Cela concerne des électrons liés dans un matériau (en principe des électrons de conduction dans un métal ou un semi-conducteur). L'absorption d'un photon procure de l'énergie à l'électron qui peut passer de la bande de valence à la bande de conduction (exemple typique d'une cellule photoélectrique) ou être arraché du matériau (effet photoélectrique tel qu'étudié par Einstein par exemple). Les photons sont typiquement dans le domaine infrarouge, visible ou ultraviolet.
- Effet Compton. Il s'agit là en principe d'électrons libres. Le photon n'est pas absorbé mais "percute" l'électron dans un processus fort semblable à un choc de boules de billards (même si une analyse détaillée nécessite l'électrodynamique quantique). Le photon est typiquement dans le domaine gamma. C'est un processus de diffusion de la "lumière" avec changement de longueur d'onde.

[micka1693]

Ah je vois merci beaucoup
Donc on va plutôt parler de photon dans le cas de l'effet photoélectrique alors que pour l'effet Compton on va plus parler de Faisceau ou rayonnement X alors ?

[Deedee81]

Ah je vois merci beaucoup
Donc on va plutôt parler de photon dans le cas de l'effet photoélectrique alors que pour l'effet Compton on va plus parler de Faisceau ou rayonnement X alors ?

Ah non, pas du tout. On parle de photons dans les deux cas car dans les deux cas c'est une manifestation tout à fait caractéristique du caractère "corpusculaire" de la lumière. L'électromagnétisme de Maxwell ne peut pas les expliquer. Historiquement l'effet Compton fut même considéré comme la preuve définitive de ce comportement corpusculaire (*).

Seul le régime d'énergie change (photons d'énergie faible dans l'infrarouge, très élevée dans le domaine gamma) ainsi que l'effet observé (absorption du photon dans un cas, simple "rebond" dans l'autre).

(*) Si tu regardes l'énergie du photon et de l'électron, ainsi que leurs quantités de mouvement, les relations avant et après collision sont exactement celles que tu aurais avec des boules de billard. Rien de plus corpusculaire que ça. Mais pour calculer la section efficace (donc le fait que ça rebondit ou pas et dans quelle direction) il faut l'électrodynamique quantique. Le bilan des énergies et quantité de mouvement ne suffit pas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[van_fanel]

A vrai dire un traitement semi-classique de l'effet photoélectrique (avec un champ électromagnétique classique et donc non quantifié) est possible. En revanche, il est vrai que pour l'effet compton on a une preuve de la nature corpusculaire du champ E-M

[Deedee81]

A vrai dire un traitement semi-classique de l'effet photoélectrique (avec un champ électromagnétique classique et donc non quantifié) est possible.

Pour Micka,

Van_fanel a raison. Il s'agit là de traiter l'atome ou le réseau d'atomes par l'équation quantique de Schrödinger couplée au champ électromagnétique.

En fait, le traiter par l'électrodynamique quantique est une sinécure. Bien que cela puisse se faire aussi, au moins avec des techniques d'approximation (c'est dans les livres de Tanoudji, mais c'est une approche que je maîtrise assez mal. Je connais beaucoup mieux l'approche semi-classique qu'on trouve dans beaucoup de bouquins de mécanique quantique).

En revanche, il est vrai que pour l'effet compton on a une preuve de la nature corpusculaire du champ E-M

Là, l'électrodynamique quantique est incontournable pour un calcul précis (au premier ordre, sans renormalisation, ça donne déjà des résultats très bons).

[van_fanel]

Bien entendu Deedee81. Je voulais juste préciser cela car bien souvet on cite par erreur l'effet photoélectrique comme une des deux preuves de la nature corpusculaire de la lumière avec l'effet compton. Alors que formellement ce n'est pas tout à fait le cas.

[Deedee81]

Bien entendu Deedee81. Je voulais juste préciser cela car bien souvet on cite par erreur l'effet photoélectrique comme une des deux preuves de la nature corpusculaire de la lumière avec l'effet compton. Alors que formellement ce n'est pas tout à fait le cas.

Tu as tout à fait raison, et tu as bien fait de le citer. Historiquement, Einstein a déduit la nature "corpusculaire" à partir de l'effet photoélectrique. Mais ce n'est qu'avec Compton que tout le monde a été convaincu. Avec Einstein, tout ce qu'on avait c'était une quantification de l'énergie et une explication "à la Planck" pouvait encore marcher.

Par contre, c'est bien Einstein qui a convaincu les derniers irréductibles de l'existence des atomes, avec le mouvement Brownien.