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Effet photoélectrique et enjeux énergétiques

Dans cette vidéo, on aborde l'effet photoélectrique, qui a été découvert par Einstein. On éclaire une plaque de sodium avec un rayonnement de 400 nanomètres. L'effet photoélectrique correspond à l'émission d'électrons par la matière sous l'action de la lumière. Lorsque le photon rencontre l'électron, son énergie est répartie entre le travail d'extraction de l'électron et l'énergie cinétique communiquée. Pour que l'effet photoélectrique soit observable, l'énergie du photon doit être supérieure au travail d'extraction. Dans le cas du sodium, le travail d'extraction est de 3,78 x 10-19 joules. L'énergie du photon est donc de 4,97 x 10-19 joules, ce qui permet l'observation de l'effet photoélectrique. La deuxième question concerne la vitesse d'éjection des électrons. On peut la déterminer en utilisant l'énergie cinétique qui est restante, qui est égale à l'énergie du photon moins le travail d'extraction. En isolant la vitesse d'éjection dans cette équation, on obtient une vitesse de 5,11 x 105 mètres par seconde. Ces exercices permettent de vérifier la compréhension de l'effet photoélectrique.

Bonjour à tous, c'est Matisse de Studio, et dans cette vidéo, on entre dans le cœur du sujet de l'effet photoélectrique, à commencer par cet exercice sur une plaque de sodium. Alors l'effet photoélectrique, c'est ce qui a fait les grandes heures notamment d'Einstein. Comment est-ce qu'il l'a découvert ? Et bien par exemple, via cette expérience, on éclaire une plaque de sodium avec un rayonnement de longueur d'onde 400 nanomètres. Très bien. L'effet photoélectrique est-il observable ? Bon, on entre directement dedans. Pour savoir s'il est observable, il faut bien sûr connaître la définition de cet effet photoélectrique. Ça correspond à quoi ? C'est à connaître par cœur. Il s'agit de l'émission d'électrons par de la matière sous l'action de la lumière. Très bien. Lorsque le photon rencontre l'électron, son énergie est répartie de la manière suivante. On a cette conservation d'énergie juste ici. L'énergie du photon, c'est le travail d'extraction de l'électron, donc c'est le coût d'entrée. L'électron, il dit, ok, si tu veux m'extraire, il va falloir me donner tant d'énergie. C'est Wtext plus l'énergie cinétique communiquée. Donc, on donne, c'est le tarif, la sorte de douane auquel l'électron est arraché et l'énergie supplémentaire restante, entre guillemets, ça constitue de l'énergie cinétique qui lui est communiquée. Donc, ici, si on nous donne le travail d'extraction pour du sodium, c'est 3,78 fois 10-19 joules. Et donc, si on veut que l'effet photoélectrique soit observable, c'est-à-dire si on veut que le photon puisse arracher un électron à cette matière, eh bien, il faut au minimum que l'énergie du photon soit supérieure au travail d'extraction, au minimum qu'il paie la douane. Donc, si on détermine l'énergie du photon, on a bien sûr la relation qu'on a déterminée précédemment, H fois C sur lambda, avec lambda 400 nanomètres, on obtient une énergie de 4,97 10-19 joules. Donc, conclusion, l'énergie du photon, elle est supérieure strictement au travail d'extraction pour le sodium, donc le photon arrive à extraire l'électron, et l'effet photoélectrique, eh bien, n'observa. Voilà. Ensuite, question 2, si oui, déterminer la vitesse d'éjection des électrons. Bon, en général, si on a une deuxième question qui commence par si oui, c'est en général que la question d'avant a une réponse oui. Bon, faut pas abuser de cette méthode, mais on est un peu rassuré quand on voit ça. Alors, comment est-ce qu'on peut relier la vitesse d'éjection des électrons ? Eh bien, bien sûr, cette vitesse, elle va être contenue dans le terme d'énergie cinétique qui est restant. Comment est-ce qu'on peut le déterminer ? Eh bien, l'énergie cinétique, d'après la relation précédente de l'effet photoélectrique, c'est l'énergie du photon moins le travail d'extraction, ces deux grandeurs, on les a, mais c'est aussi égal à 1,5 fois la masse d'électrons fois sa vitesse d'éjection au carré. Donc, à partir de ce moment-là, pour connaître la vitesse d'éjection, on a simplement à extraire, à isoler V. V, c'est égal à racine carrée de 2 fois l'énergie du photon moins le travail d'extraction du sodium divisé par la masse de l'électron. Et l'application numérique nous donne 5,11 10 puissance 5 mètres par seconde. Voilà, c'est la fin des exercices qui est cruciale dans toute l'approche de l'effet photoélectrique. C'est des exercices à bien maîtriser pour voir si on a compris le cours sur l'effet photoélectrique. Donc, n'hésitez pas à réécrire la définition sur une feuille blanche pour voir si vous l'avez bien en tête. Et à partir de là, on peut attaquer des exercices un peu plus corsés. Merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo et puis à bientôt. Sous-titres réalisés para la communauté d'Amara.org

Plaque de sodium

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