Effet photoélectrique - Définition

Introduction

En physique, l'effet photoélectrique (EPE) désigne en premier lieu l'émission d'électrons par un matériau soumis à l'action de la lumière. Par extension, il regroupe parfois l'ensemble des phénomènes électriques d'un matériau provoqués par l'action de la lumière. On distinguera alors deux effets : des électrons sont éjectés du matériau (émission photoélectrique) et une modification de la conductivité du matériau (photoconductivité, effet photovoltaïque lorsqu'il est en œuvre au sein d'une cellule photovoltaïque, effet photoélectrochimique, effet photorésistif).

Lorsque l'EPE se manifeste, toute l'énergie du photon incident se transmet à l'électron périphérique pour l'extraire de son atome, et le restant se transmet sous forme d'énergie cinétique. Une absorption partielle est caractérisée par la diffusion Compton.

Historique

En 1839, Antoine Becquerel et son fils présentent pour la première fois un effet photoélectrique. Leur expérience permet d'observer le comportement électrique d'électrodes immergées dans un liquide, modifié par un éclairage.

Il a été compris et présenté en 1887 par Heinrich Rudolf Hertz qui en publia les résultats dans la revue scientifique Annalen der Physik.

Albert Einstein fut le premier, en 1905, à en proposer une explication, en utilisant le concept de particule de lumière, appelé aujourd'hui photon, et celle du quantum d'énergie initialement introduits par Max Planck dans le cadre de l'explication qu'il proposa lui-même pour l'émission du corps noir. Einstein a expliqué que ce phénomène était provoqué par l'absorption de photons, les quanta de lumière, lors de l'interaction du matériau avec la lumière. Cette découverte lui valut le prix Nobel de physique en 1921.

Constatations expérimentales de l'émission photoélectrique

1. Les électrons ne sont émis que si la fréquence de la lumière est suffisamment élevée et dépasse une fréquence limite appelée fréquence seuil
2. Cette fréquence seuil dépend du matériau et est directement liée à l'énergie de liaison des électrons qui peuvent être émis,
3. Le nombre d'électrons émis lors de l'exposition à la lumière, qui détermine l'intensité du courant électrique, est proportionnel à l'intensité de la source lumineuse,
4. L'énergie cinétique des électrons émis dépend linéairement de la fréquence de la lumière incidente.
5. Le phénomène d'émission photoélectrique se produit dans un délai extrêmement petit inférieur à 10^-9 s après l'éclairage, ce qui rend le phénomène quasi instantané.

Définition

L'effet photoélectrique est l'émission d'électrons par un matériau, généralement métallique lorsque celui-ci est exposé à la lumière ou un rayonnement électromagnétique de fréquence suffisamment élevée, qui dépend du matériau.

Dans l'effet photoélectrique, on éclaire une plaque de métal et celle-ci émet des électrons.

Équation

L'énergie d'un photon est caractérisée par la formule E = h . ν, formule découverte par Einstein. "E" correspond à l'énergie du photon, ν (lettre grecque nu) à la fréquence et h est la constante de Planck qui vaut 6,626076.10^-34 joule-seconde [J.s]. On constate que l'énergie du photon est proportionnelle à la fréquence et varie en fonction de la couleur.