Fiche de révision
Physique

L’effet Compton

Un photon X qui rebondit sur un électron perd de l’énergie : la preuve qu’il a une quantité de mouvement.

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Fiche de révision de Physique : « L’effet Compton », proposée par ndolomath.com

L’effet Compton

💡 Idée principale : dans l’effet Compton, un photon X ou γ est diffusé par un électron. Le photon diffusé a une longueur d’onde plus grande : il a cédé de l’énergie et de la quantité de mouvement.
Étapes résumées
  1. Le photon a une quantité de mouvement p=hλ.
  2. Conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement.
  3. Relation de Compton : λ′−λ=hmec(1−cos⁡θ).
  4. Longueur d’onde de Compton : hmec≈2,43 pm.

Le phénomène

1. Un choc photon-électron

Le photon incident heurte un électron presque libre. L’électron recule ; le photon repart dans une autre direction, avec moins d’énergie.

2. Relation de Compton

Δλ=λ′−λ=hmec(1−cos⁡θ)
θangle de diffusion du photon
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3. Comprendre le choc

Dans l’effet Compton, le photon X se comporte comme une petite bille : il heurte un électron presque libre et lui cède une partie de son énergie. Le photon diffusé a donc moins d’énergie, donc une longueur d’onde plus grande. Ce décalage dépend uniquement de l’angle de diffusion, pas du matériau.

Calcul

Exemple guidé

Un photon X est diffusé à 90°. Calcule l’augmentation de sa longueur d’onde.

Solution :
cos⁡90°=0.
Δλ=2,43×10−12 m=2,43 pm.
Pourquoi c’est important
  • L’effet Compton confirme que le photon se comporte comme une particule.
  • Il est utilisé en imagerie médicale et en astrophysique.

Lecture de la relation

Angle θΔλ=λC(1−cos⁡θ)
0°0 (pas de choc)
90°λC≈2,43 pm
180°2λC≈4,86 pm (maximum)
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Exercice type

Énoncé

Un photon X de λ=71,0 pm est diffusé à 90°. Calcule la longueur d’onde du photon diffusé et l’énergie perdue.

Solution

λ′=71,0+2,43=73,4 pm.
ΔE=hc(1λ−1λ′)≈1,99×10−25(171,0×10−12−173,4×10−12)≈9,2×10−17 J, soit environ 0,57 keV donnés à l’électron.

À toi de jouer

1. La longueur d’onde du photon diffusé est-elle plus grande ?
2. θ = 0° : Δλ ?
3. θ = 180° : Δλ en pm ?

Réponses : oui · 0 · 4,86 pm. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.

Erreurs fréquentes

  • Δλ ne dépend pas de λ incidente.
  • L’effet n’est visible qu’avec des rayons X ou γ.
  • Le photon ne disparaît pas : il est diffusé.

Méthode

Calcule 1 − cos θ, multiplie par h/(me c), puis ajoute à λ.
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