La lumière : un flux de photons

Le photon

Dans le modèle particulaire, un photon associé à un rayonnement monochromatique de fréquence ν ou de longueur d’onde $\lambda$ dans le vide :

• possède une masse nulle
• se déplace à la vitesse $\rm \bf{c = 3,00\cdot 10^8 ~m.s^{-1}}$ dans le vide
• a une énergie $\rm \bf{E = h \times \nu}$ avec $\rm E$ en J, $\rm h$ constante de Planck $\rm = 6,63\cdot 10^{-34}~ J.s$ et $\nu$ fréquence en Hz.

Effet photoélectrique

Quand un métal est exposé à la lumière, des électrons peuvent être éjectés de la surface du métal ; ce phénomène est appelé effet photoélectrique.

Le travail d’extraction, $\rm W_{extraction}$, est la valeur minimale de l’énergie nécessaire à fournir à un matériau pour en extraire un électron ; la valeur de $\rm W_{extraction}$ dépend du métal.
$\rm W_{extraction} = h \times \nu_{seuil~extraction}$
L’énergie du photon incident est égale à la somme du travail d’extraction du métal et de l’énergie cinétique du photoélectron émis :
$\rm E_{photon} = h \times \nu_{photon} = W_{extraction} + E_c$ $\rm = W_{extraction} + \dfrac{1}{2} \times m_{électron} \times v^2_{max}$

Application de l’interaction photon-matière

Cellule photoélectrique, diode électroluminescente, cellule photovoltaïque

Rendement d’une cellule photovoltaïque :

$\rm η = P_{électrique} / P_{lumineuse}$ $\rm = E_{électrique} / E_{lumineuse}$