Pourquoi la lumière rouge ne donne-t-elle aucun courant, même très intense ?

Un photon doit vaincre le travail d’extraction. Un photon de grande longueur d’onde a une énergie hc/λ trop petite : si elle est inférieure à φ, l’électron ne sort pas, quel que soit le nombre de photons. L’onde classique prédirait une accumulation d’énergie avec le temps — l’expérience le contredit.

Que mesure le potentiel d’arrêt ?

C’est la tension inverse V_s pour laquelle les photoélectrons les plus rapides n’atteignent plus le collecteur et le courant tombe à zéro. Alors eV_s = K_max ; le graphe V_s(f) vérifie la relation d’Einstein et donne φ.

Que change le choix du métal ?

Les métaux n’ont pas le même travail d’extraction. Un φ plus grand décale le seuil vers une fréquence plus haute (longueur d’onde plus courte) et, à f égale, diminue K_max = hf − φ.

De quoi dépend le courant de saturation ?

Du nombre de photons par seconde, donc de l’intensité (et de hf > φ). Forme de la caractéristique : montée jusqu’à saturation en tension directe, coupure à V_s — tous les électrons ont une énergie au plus égale à K_max.

Effet photoélectrique

Énergie du photon hc/λ et travail d’extraction φ ; K_max, potentiel d’arrêt V_s, courant selon la longueur d’onde et l’intensité.

Graphiques

À propos du modèle

L’effet photoélectrique est l’extraction d’électrons d’un métal par des quanta de lumière. Relation d’Einstein : K_max = hf − φ = hc/λ − φ, où K_max est l’énergie cinétique maximale des photoélectrons, h la constante de Planck, f (ou c/λ) la fréquence du photon, φ le travail d’extraction. Si hf < φ, aucun électron ne sort, quelle que soit l’intensité — c’est le seuil. Au-dessus du seuil, K_max croît linéairement avec la fréquence et ne dépend pas de l’intensité ; le potentiel d’arrêt vérifie eV_s = K_max. Modèle : un seul travail d’extraction, lumière monochromatique, vide sans diffusion ni échauffement. L’intensité change le nombre de photoélectrons (courant de saturation), pas K_max.

Public : Terminale et début de licence : quanta de lumière, travail d’extraction et seuil de l’effet photoélectrique.

Notions clés

effet photoélectrique
travail d’extraction
photon
potentiel d’arrêt
seuil photoélectrique
constante de Planck
relation d’Einstein

Comment ça marche

Seuil de l’effet photoélectrique : hν > φ. Alors K_max = hν − φ et potentiel d’arrêt V_s = K_max/e. Graphes I(V) (coupure du courant si V ≥ V_s), I(ν) et K_max(ν) : pente h, intersection avec l’axe des fréquences en ν₀ = φ/h. Le courant de saturation à V = 0 croît avec l’intensité ; K_max n’en dépend pas.

Formules

E = hν = hc/λ (ici E en eV, λ en nm, hc ≈ 1240 eV·nm)

K_max = E − φ si E > φ ; V_s = K_max / e

Questions fréquentes

Pourquoi la lumière rouge ne donne-t-elle aucun courant, même très intense ?: Un photon doit vaincre le travail d’extraction. Un photon de grande longueur d’onde a une énergie hc/λ trop petite : si elle est inférieure à φ, l’électron ne sort pas, quel que soit le nombre de photons. L’onde classique prédirait une accumulation d’énergie avec le temps — l’expérience le contredit.
Que mesure le potentiel d’arrêt ?: C’est la tension inverse V_s pour laquelle les photoélectrons les plus rapides n’atteignent plus le collecteur et le courant tombe à zéro. Alors eV_s = K_max ; le graphe V_s(f) vérifie la relation d’Einstein et donne φ.
Que change le choix du métal ?: Les métaux n’ont pas le même travail d’extraction. Un φ plus grand décale le seuil vers une fréquence plus haute (longueur d’onde plus courte) et, à f égale, diminue K_max = hf − φ.
De quoi dépend le courant de saturation ?: Du nombre de photons par seconde, donc de l’intensité (et de hf > φ). Forme de la caractéristique : montée jusqu’à saturation en tension directe, coupure à V_s — tous les électrons ont une énergie au plus égale à K_max.

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