Énergie du photon
Niveaux d’énergies
Nombres quantiques : Plusieurs nombres quantiques sont utilisés dans le cadre de cette étude simplifiée.
- le nombre quantique n : numéro de couche électronique, ou niveau d’énergie. (il y a aussi des sous-couches, voir l’application laser à la fin)
- la charge électrique élémentaire :
e = 1,6.10-19 C qui fournit l’unité d’énergie l’électron-volt. - Ainsi :
1 eV = 1,6.10-19C x 1,0V = 1,6.10-19 J
Cette unité d’énergie est adaptée aux quantités d’énergie échangées au niveau atomique. En physique des particules ou en physique nucléaire, on utilise couramment ses multiples : keV, MeV ou GeV.
Source LLS
Résumé du phénomène physique
Un électron sur un niveau d’énergie Em peut absorber de l’énergie pour passer à un niveau supérieur <En où il sera dans un état plus excité. L’électron reçoit alors de l’énergie (par un champ électrique, une source de lumière,…)
ATTENTION : l’électron ne change de niveau que s’il reçoit EXACTEMENT l’énergie ΔE = En -Em !!
L’électron excité est ensuite en capacité de restituer de l’énergie en passant sur un niveau inférieur. Il y a alors émission sous forme de photon.
Une onde de fréquence f est associée à cet échange d’énergie telle que :
ΔE = h x f avec h = 6,626.10-34 J.s où h est la constante de Planck.
À cette fréquence f correspond une longueur d’onde :
λ = c / f avec c = 299792458 ≈ 3,00.108 m/s avec c célérité de la lumière dans le vide.
Les niveaux d’énergie sont quantifiés et les fréquences (longueurs d’onde) également. Pour un atome donné, seuls des quanta précis d’énergie peuvent être échangés.
Complément :
Dans le cas où l’énergie fournie à l’électron est très importante et dépasse un seuil, alors l’électron est arraché à l’atome, on dit qu’il y a ionisation.
Cette énergie “de seuil” est appelée énergie d’ionisation. Si l’énergie fournie est plus importante, la part qui ne sert pas à ioniser est communiquée à l’électron sous forme d’énergie cinétique.
Mini-calculatrice photonique
Utiliser le point du pavé numérique en guise de virgule
La notation scientifique du type X.XX.10Y est écrite X.XXeY.
Conclusion :
L'énergie reçue par l'électron est .......... .
Il s'agit donc d'une ....................... .
Zoom sur l'image du spectre (Source Wikipedia) Rem : limite actuelle IR : 780 nm
Application : Laser Hélium Néon
Source LLS
La transition utilisée pour l’émission laser est (a2) à λ = 633 nm, dans le domaine visible rouge.
En fait elle correspond à la [transition](https://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/laser-HeNe.xml de la sous-couche 5s à 20,663362 eV à la sous-couche 3p à 18,704625 eV.
Le constructeur du laser He-Ne du lycée annonce : λ = 632,8 nm
(ajouter 0,17 nm dans le vide par rapport à l’air ambiant).