La lumière transporte de l’énergie par petits paquets : les photons.
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Interaction lumière-matière et énergie du photon
💡 Idée principale : la lumière est faite de photons d’énergie . La matière n’absorbe ou n’émet que des photons dont l’énergie correspond à un saut entre ses niveaux d’énergie.
Étapes résumées
Énergie d’un photon : .
Constante de Planck : .
L’atome a des niveaux d’énergie quantifiés.
Absorption, émission et diffusion de la lumière.
Le photon
Formule
Eénergie en Jhconstante de Planckλlongueur d’onde en m
On utilise aussi l’électronvolt : .
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Exemple guidé
Énoncé
Calcule l’énergie d’un photon de lumière rouge () en J puis en eV.
Solution
. .
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 : . 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
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. , .
Solution
. En 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 en J, puis divise par pour l’avoir en eV.
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