Effet photoélectrique et fréquence seuil

01Comprendre

Un photon de fréquence ν possède l’énergie E = hν. Dans le modèle de l’effet photoélectrique, un électron peut être extrait d’un matériau si l’énergie reçue permet de franchir le travail d’extraction W. La fréquence seuil vérifie ν₀ = W/h. En dessous de ce seuil, augmenter seulement l’intensité ne compense pas l’énergie insuffisante de chaque photon dans ce modèle.

Au-dessus du seuil, l’énergie cinétique maximale des électrons vérifie Eₖ max = hν − W. Une fréquence plus élevée peut donc augmenter leur énergie cinétique. Une intensité plus forte, à fréquence fixée convenable, peut augmenter le nombre de photons et d’électrons émis, sans modifier de la même façon l’énergie maximale de chacun.

02La méthode

Identifie la fréquence ou la longueur d’onde, puis calcule l’énergie d’un photon. Convertis le travail d’extraction dans une unité compatible, avec la conversion fournie si elle est en électronvolts. Compare E à W avant de calculer une énergie cinétique. Distingue énergie individuelle et nombre de particules.

03Un exemple

Dans un exemple exprimé en unités compatibles, des photons de 4 eV arrivent sur un matériau dont W = 3 eV. L’énergie cinétique maximale vaut 1 eV. Des photons de 2 eV sont sous le seuil, même si leur nombre est augmenté dans le modèle étudié.

04Éviter une erreur fréquente

Une énergie cinétique négative obtenue par soustraction n’est pas un résultat physique : elle indique que le seuil n’est pas franchi.

05À toi de jouer

Avec E photon = 5 eV et W = 2 eV, quel est Eₖ max ?

Correction : 3 eV. L’énergie restante vaut 5 − 2 = 3.