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La lumière : un flux de photons

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Le photon

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

  • possède une masse nulle
  • se déplace à la vitesse c=3,00108 m.s1 dans le vide
  • a une énergie E=h×ν avec E en J, h constante de Planck =6,631034 J.s et ν 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 :

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

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