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Théorème : L’effet photoélectrique est la transformation au sein de l’atome d’un rayon particule photon en électron.
L'effet photoélectrique est l'émission d'électrons par un matériau soumis à un rayonnement incident.
Lors de l’action d’un rayon de lumière pénétrant la matière, toute l'énergie du photon incident E¡ se transmet à l'électron périphérique sous forme d'énergie cinétique Ec.
Ec = Eγ – E1 (Eγ est l’énergie d’un photon, E1 est l’énergie de liaison de l’électron sur son orbite)
Albert Einstein a expliqué, dans son article sur l’effet photoélectrique, qu’un photon de forte énergie qui entre dans l’atome éjecte un électron par collision.
Selon la théorie de l’électron ondulatoire, Le photon énergique incident se transforme en électron sur une orbite atomique. Je montre ici que l’effet photoélectrique est avant tout ondulatoire.
Expérimentalement, il est admis que Le phénomène d'émission se produit dans un délai de l’ordre de 10-9 secondes après l'éclairage.
L’électron est un quantum d’action en boucle à la vitesse de la lumière, en d’autres termes c’est une onde stationnaire. Le délai de 10-9 secondes entre l’éclairage et l’émission de l’électron, montre qu’il se produit d’autres actions qu’un simple choc entre particules.
Calcul du nombre de tours de l’atome pendant les 10-9 secondes de délai.
Nombre de révolutions de l’orbite atomique par seconde par un électron sur l’orbite R1 : Nb = Vitesse / distance = V1 / (2π R1) = 6,5761x10+15 tours par seconde. Le nombre de tour par seconde est une fréquence.
Nombre de tours d’orbite parcourus en 10-9 s = 6,5761 x10+15 *10-9 = 6,5761 x 10+6 tours d’orbite. La vitesse du photon de départ est à c et diminue progressivement pour atteindre la vitesse de stabilité. Le nombre de tours est une approximation montrant l’ordre de grandeur du délai.
Les électrons ne sont émis que si la fréquence de la lumière est suffisamment élevée et dépasse une fréquence limite appelée fréquence seuil. Il semble évident que pour être retenu par un atome sur une orbite atomique l’énergie de l’électron doit avoir une énergie en résonance, donc similaire à celles des électrons en orbite. Une énergie trop faible ne peut être retenue par la condition de Bohr : ћ = m Vn Rn h = me V1 λ1 = me V1 c / ν1 Donne une énergie E1= h ν1 = m V1 c En= h νn = m Vn c
Pour l’orbite de niveau d’énergie n=1, une fréquence ν1 = me V1 c / h = 9,0116 x10+17 hertz Et une longueur d’onde λ1 = 2,42764 x10-12 m Les fréquences trop éloignées de la fréquence de résonance ne peuvent être retenues en quasi orbite par la condition de Bohr. Plus la fréquence du photon s’approche de la fréquence des orbites de niveau d’énergie n de l’atome, plus il peut se transformer en électron.
L’effet photoélectrique se produit en emprisonnant les ondes ultraviolettes sur une orbite atomique. Lorsque l’onde passe proche d’un proton, le photon interagit avec la force magnétique du proton, ralentissant la vitesse du photon en courbant sa trajectoire, refermant progressivement la vrille de la boucle de l’onde devenant ainsi particule, la particule devient de plus en plus massive avec plus de charge (voir le chapitre sur la masse et celui sur l’atome et la charge). Sa position R autour du noyau se stabilise au rayon : Rx = h / (m Vn) = c / (ω) E = ћ ω = m V c ћ = m Vn Rx Après plusieurs révolutions du photon, sa masse variable, (comme la charge, selon l’ouverture de la vrille de la boucle), augmente. Sa vitesse cinétique diminue et le rayon de l’orbite prend forme, s’équilibre à la condition de Bohr. La charge est alors identique à celle du proton. Un équilibre du moment angulaire s’établit. Comme la charge est identique à celle du proton, le lieu du champ ELM nul est préétabli à mi chemin, ce qui impose une distance du rayon de l’orbite R. Comme la masse et le rayon sont préétablis par l’énergie, ainsi que le moment angulaire des lignes du champ ELM du proton en rotation, la vitesse va se réguler par la condition V = ћ / (m R).
Le photon arrivant à la vitesse c conserve son énergie E= m c2 et son impulsion p = m c. En ralentissant, son impulsion est conservée. L’impulsion p = Mphoton c = Melectron V1.
L’effet photoélectrique est la transformation d’un rayon particule photon en électron au sein de l’atome.
Lors de sa pénétration dans l’atome le photon a déstabilisé le lien proton électron existant. La charge du proton se partage entre le photon entrant et l’électron en orbite, pendant le délai de stabilisation des forces, jusqu'à ce qu’un des deux électrons ne pouvant plus recevoir suffisamment d’attraction ELM de la part du noyau se libère et sort de l’atome.
Aucune collision n’a eu lieu dans l’effet photoélectrique, seuls des échanges d’énergie ondulatoire par des forces stabilisatrices ont lieu.
L’électron sortant a une énergie cinétique de : Ec=+ Eγ + (Eliaison_final – Eliaison_début) + Eélectronrestant - Eelectronsortant.
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