Lunette astronomique et effet photoélectrique

01Comprendre

Une lunette afocale associe objectif et oculaire pour augmenter l’angle sous lequel un objet lointain est observé. La valeur absolue du grossissement idéal vaut f′objectif/f′oculaire. L’effet photoélectrique correspond à l’émission d’électrons par certains matériaux éclairés, si les photons possèdent une énergie suffisante. Une fréquence seuil existe dans le modèle ; augmenter l’intensité ne remplace pas une énergie insuffisante par photon. L’énergie cinétique maximale se relie à hf − W, où W est le travail d’extraction.

02Un exemple

Un objectif de 800 mm et un oculaire de 20 mm donnent un grossissement de valeur 40. Sous la fréquence seuil, même un éclairage plus intense ne produit pas l’effet attendu dans le modèle.

03À toi de jouer

Quel grossissement donnent 600 mm et 30 mm ?

Correction : 20. On calcule le rapport 600/30.

04Effet photoélectrique et fréquence seuil

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.

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.

Travailler cette notion avec sa méthode, son exercice et son quiz.