Effet Photoélectrique - Lien entre courant et potentiel d'arrêt

[rifiaaa]

Bonsoir,

J'ai du mal à voir le lien entre potentiel d'arrêt et courant (je n'ai pas trouvé de formule liant les deux grandeurs) et je n'arrive donc pas à voir comment résoudre les deux questions suivantes. Quelqu'un aurait une piste ?

En éclairant la photocathode avec une longueur d'onde de 407 nm, on observe la circulation d'un courant de 0,1 mA. Ce courant s'annule pour un potentiel d'arrêt fixé à 0,94V.
Quel serait le courant si le potentiel d'arrêt était fixé à 0,47V ?

On utilise maintenant une intensité lumineuse similaire mais une longueur d'onde de 520 nm.
Le potentiel d'arrêt est fixé à 0 V. Quel courant observe-t-on ?

Merci d'avance !
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[un_copain]

Salut,

Le bon vieux U=R*I ?

Dans ton cas
E_tot = E_SPV + E_ext = R*I
avec E_SPV la tension générée par la lumière (SPV pour surface photovoltage)
et E_ext la tension extérieur que tu peux appliquer avec un générateur de tension

Petite confusion dans ton énoncé, par définition le potentiel d'arrêt, c'est la valeur du potentiel extérieur qui compense la phototension : E_ext = - E_SPV.
Cela annule le potentiel total E_tot, et donc arrête la circulation de charge (d'où le nom).
Donc dans ton énoncé, lorsqu'ils demandent "Quel serait le courant si le potentiel d'arrêt était fixé à 0,47V ?", je pense qu'il faut comprendre "Quel serait le courant si le potentiel extérieur E_ext était fixé à 0,47V ?"

Par contre, lorsque la longueur d'onde change, c'est plus délicat. Tu n'as pas d'infos supplémentaire style spectre d'absorption ou truc du genre ?

[rifiaaa]

Bonsoir,

Merci pour cette réponse ! Je n'avais pas compris que cette loi pouvait s'appliquer dans ce cas-là et qu'on pouvait alors réutiliser la valeur de la résistance pour obtenir la valeur du courant.

Je n'ai par contre aucune information supplémentaire concernant la deuxième question, aucun document est fourni, on a juste les valeurs de constantes habituelles comme h et c...

Merci et bonne soirée

[patguy]

Bonjour, si la longueur d'onde change la fréquence aussi donc les photons sont dans ce cas moins énergique et chaque électron reçoit moins d'énergie. Et si le seuil énergétique de libération n'est pas dépassé aucun électron n'est libéré. Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Bonjour,

Oui mais U=0 donc U>-U(arret) quelque soit U(arret)>0

[patguy]

Bonjour, si aucun électron n'est arraché du milieu il ne peut pas y avoir de courant sauf si j'applique un potentiel très grand qui détruit la liaison des électrons avec leurs noyaux (une photo diode est faite à base de semi-conducteurs donc sans électron libre). Cordialement

[Resartus]

Bonjour,
Les deux questions sont vraiment bizarres :
Dans une photocathode de la vraie vie, pour assurer que tous les électrons expulsés sont captés par l'anode, il faut appliquer un potentiel positif suffisant, ce qui donnera un courant de saturation qui ne dépendra de la lumière reçue (intensité et fréquence). Du coté opposé, le potentiel d'arrêt est la plus petite valeur t.q. le courant devient nul.
Entre ces deux valeurs connues, on a une courbe en S, dont la forme dépend de beaucoup de facteurs : matériau, géométrie, etc.
En particulier, rien ne permet a priori de savoir quel pourcentage du courant de saturation sera obtenu à potentiel nul (ce qui semble être le courant fourni par l'énoncé?)
Et rien ne permet non plus de savoir quel sera le courant obtenu pour le potentiel égal à la moitié du potentiel d'arrêt. Tout ce qu'on peut dire, c'est que, compte tenu de la convexité de la courbe en S, il sera sans doute nettement inférieur à la moitié du courant à potentiel nul.

Pour la deuxième question, c'est un problème comparable : si tous les photons reçus par la cathode éjectaient un électron, le courant de saturation serait directement proportionnel à leur nombre par unité de temps. Mais ce n'est absolument pas le cas dans la vraie vie. L'efficacité quantique est faible (moins de 20% en général), et de plus varie avec la fréquence des photons de manière peu modélisable. On sait juste qu'elle diminue quand la longueur d'onde augmente et s'annule à un certain moment.
Comme l'énoncé parle d'intensité lumineuse comparable, on peut déduire que le nombre de photons par unité de temps est plus élevé pour la fréquence la plus basse. Mais il est impossible de savoir, entre l'efficacité qui diminue et le nombre de photons reçus qui augmente, ce qui va l'emporter quand la longueur d'onde augmente.

Bref, le rédacteur des questions semble se référer à une photocathode rêvée, et, n'étant pas dans sa tête, il est impossible de savoir quelles sont ses hypothèses (farfelues) de départ.
Peut-être suppose-t'il que le courant à potentiel nul est le courant de saturation, et que la courbe de courant est linéaire et pas en S?
Peut-être suppose-t'il que l'efficacité quantique vaut 1 à toutes les fréquences?