Calculateur de Tension d'arrêt dans l'Effet Photoélectrique

L'effet photoélectrique est un phénomène capital en physique quantique, qui illustre la nature particulaire de la lumière. Lorsqu'elle frappe une surface métallique, la lumière peut éjecter des électrons depuis ce métal ; un processus qui dépend de la fréquence de la lumière et de la fonction de travail du métal.

Contexte historique

L'effet photoélectrique a été observé pour la première fois par Heinrich Hertz en 1887, mais ce fut Albert Einstein qui, en 1905, en donna l'explication théorique. Ce travail lui a valu le prix Nobel de physique en 1921. Einstein a avancé que la lumière se compose de quanta ou photons, dont l'énergie est fonction de leur fréquence.

Formule de calcul

La tension d'arrêt (\(ΔV_0\)) dans l'effet photoélectrique se calcule à l'aide de la formule :

\[ ΔV_0 = \frac{hf - Φ}{e} \]

où:

• \(h\) est la constante de Planck (\(6.626 \times 10^{-34} \, \text{J·s}\)),
• \(f\) est la fréquence de la fréquence du photon incident,
• \(Φ\) est la fonction de travail du métal,
• \(e\) est la charge de l'électron (\(1.6 \times 10^{-19} \, \text{C}\)).

Exemple de calcul

Donnée :

• Fréquence des photons incidente (\(f\)) = 0,12456 Hz,
• Fonction de travail du métal (\(Φ\)) = \(7,2098 \times 10^{-19}\) J,

On calcule la tension d'arrêt (\(ΔV_0\)) comme suit :

\[ ΔV_0 = \frac{(6.626 \times 10^{-34} \times 0.12456) - 7.2098 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19}} \]

\[ ΔV_0 = -4.506124999999999 \text{V} \]

Importance et scénarios d'utilisation

L'effet photoélectrique est fondamental pour comprendre la mécanique quantique et il a des applications pratiques dans des domaines tels que les cellules photovoltaïques, la spectroscopie photoélectronique, et le développement d'appareils électroniques comme les photodiodes.

 FAQ communes

1.  Qu'est-ce que la fonction de travail du métal ? - La fonction de travail est l'énergie minimale requise pour extraire un électron de la surface d'un métal.

2.  Comment la fréquence de la lumière affecte-t-elle l'effet photoélectrique ?

   • L'énergie des photons incidents doit être supérieure à la fonction de travail du métal pour que les électrons soient éjectés. Les photons à fréquence (et par conséquent énergie) supérieure peuvent accroître l'énergie cinétique des électrons éjectés.

3.  Est-ce que n'importe quelle fréquence de lumière peut déclencher l'effet photoélectrique sur un métal ? - Non, il existe une fréquence seuil minimale au-dessous de laquelle aucun électron n'est éjecté, sans égard à l'intensité de la lumière.

Cette calculatrice fournit un moyen simple de comprendre et calculer la tension d'arrêt dans l'effet photoélectrique. Elle établit ainsi un pont entre les concepts de mécanique quantique et les applications de celle-ci dans la technologie moderne.