Cours de tleS sur le photon – Terminale
Le prérequis est la connaissance des propriétés ondulatoires de la lumière, en particulier des relations entre longueur d’onde λ, période T, fréquence f et vitesse de la lumière c.
La « particule » photon
- Le photon est la particule élémentaire des ondes électromagnétique : lumière visible, infrarouges, ondes radio, ultraviolets, rayons gamma.
- Le photon se déplace dans le vide à la vitesse de la lumière, c=3,00.108 s-1
L’onde lumineuse
- Certains faits expérimentaux, les phénomènes d’interférances et de diffraction (existance de frangers sombres un écran après traversé d’un système de fentesà en particulier, plaident en faveur de la théorie ondulatoire de la lumière.
- La lumière monochromatique est une onde caractérisée par sa longueur d’onde λ (exprimée en mètres, symboles m ), sa fréquence f (exprimée en hertz, symbole Hz) et sa période T (exprimée en secondes, symbole s).
- Dans le vide :
Caractère corpusculaire de la lumière
En 105, Albert Einstein propose une interprétation de l’effet photoélectrique, découvert par Heinrich Hertz en 1887, et postule que toute onde électromagnétique de fréquence v est constituée d’un flux de corpuscules, les photons, qui transportent des quanta d’énergie (grains d’énergie), dont la valeur est liée à la fréquence de la radiation lumineuse.
Avec E en J et (constante de Planck).
Dualité onde-particule de la lumière
Ces deux modèles, a priori contradictoires, constituent deux descriptions complémentaires d’un seul et même objet physique :
- L’aspect ondulatoire permet d’interpréter les interactions lumière-lumière (diffraction, interférences) ;
- L’aspect corpusculaire permet d’interpréter les interactions lumière-matière (absorption et émission de lumière).
