Fiche de révision
Physique

Interaction lumière-matière et énergie du photon

La lumière transporte de l’énergie par petits paquets : les photons.

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Fiche de révision de Physique : « Interaction lumière-matière et énergie du photon », proposée par ndolomath.com

Interaction lumière-matière et énergie du photon

💡 Idée principale : la lumière est faite de photons d’énergie E=hν. La matière n’absorbe ou n’émet que des photons dont l’énergie correspond à un saut entre ses niveaux d’énergie.
Étapes résumées
  1. Énergie d’un photon : E=hν=hcλ.
  2. Constante de Planck : h=6,63×10−34 J·s.
  3. L’atome a des niveaux d’énergie quantifiés.
  4. Absorption, émission et diffusion de la lumière.

Le photon

Formule
E=hν=hcλ
Eénergie en Jhconstante de Planckλlongueur d’onde en m

On utilise aussi l’électronvolt : 1 eV=1,6×10−19 J.

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Exemple guidé

Énoncé

Calcule l’énergie d’un photon de lumière rouge (λ=650 nm) en J puis en eV.

Solution

E=6,63×10−34×3×108650×10−9≈3,1×10−19 J.
E≈1,9 eV.

1. Comprendre : un grain de lumière

Pour expliquer certaines expériences, il faut imaginer que la lumière arrive par petits paquets d’énergie, les photons. L’énergie d’un photon ne dépend que de la fréquence : E=hν. Un photon UV a plus d’énergie qu’un photon rouge : c’est pour cela que les UV brûlent la peau et que la lumière rouge ne le fait pas.

Interaction lumière-matière

Absorption

L’atome absorbe un photon et monte à un niveau supérieur.
⇄

Émission

L’atome redescend et émet un photon.
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2. Condition

hν=Ehaut−Ebas

Seuls les photons d’énergie exactement égale à un écart de niveaux sont absorbés : d’où les raies.

Application

Exercice type

Énoncé

Calcule l’énergie d’un photon de lumière verte (λ = 500 nm) en joules puis en électronvolts. h=6,63×10−34 J·s, 1 eV=1,6×10−19 J.

Solution

E=hcλ=6,63×10−34×3×108500×10−9≈3,98×10−19 J.
En eV : E≈2,5 eV.

À retenir

  • Plus λ est courte, plus le photon est énergétique.
  • Un atome n’absorbe que les photons dont l’énergie correspond exactement à un saut entre deux niveaux.
  • Le panneau solaire convertit l’énergie des photons en énergie électrique.
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À toi de jouer

1. Plus λ est petite, l’énergie du photon est-elle plus grande ?
2. Convertis 3,2 × 10⁻¹⁹ J en eV.
3. Que se passe-t-il quand un atome redescend de niveau ?

Réponses : oui · 2 eV · il émet un photon. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.

Erreurs fréquentes

  • λ doit être en mètres.
  • Un atome n’absorbe pas n’importe quel photon.
  • Ne confonds pas J et eV.

Méthode

Calcule E=hc/λ en J, puis divise par 1,6×10−19 pour l’avoir en eV.
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