Extrait du document « L’effet photoélectrique : la lumière ou grain d’énergie »

Les difficultés des théories classiques et l’interprétation d’Einstein en 1905

L’interprétation de l’effet photoélectrique au moyen des théories « classiques » du rayonnement et de la matière disponibles à la fin du XIX^e siècle s’est avérée délicate.

Il était en particulier très difficile d’interpréter l’existence d’une fréquence minimale pour l’onde électromagnétique source de l’effet.

Albert Einstein, (1879 – 1955). Physicien Suisse-américain. Prix Nobel de physique en 1921.
© S.P.L. / Cosmos

Dans son article de mars 1905, Einstein émet une idée révolutionnaire : l’énergie de la lumière n’est pas répartie de manière continue mais sous forme de « paquets » d’énergie indivisibles : les « quanta », qui seront rebaptisés « photons » par G. Lewis en 1926.

L’interprétation est alors, a priori, très simple : pour qu’un électron soit émis par le matériau, il faut lui fournir une énergie minimale (« d’extraction ») W_o. Cette énergie va lui être cédée par un photon dont l’énergie est supposée proportionnelle à la fréquence de l’onde : E = hv.

Fig.6 – Effet photoélectrique.
© SCEREN (CNDP – CRDP), 2012

L’excédent d’énergie se retrouve sous forme d’énergie cinétique pour l’électron (cf. principe de conservation de l’énergie) :

La relation (1) montre immédiatement l’existence d’une fréquence minimale (W_o/h) et s’il est possible de mesurer l’énergie cinétique des électrons en fonction de la fréquence du rayonnement, on peut accéder expérimentalement au facteur de proportionnalité h qui n’est autre que la constante de Planck introduite lors de l’étude du rayonnement du corps noir.

En complément du DVD, les dossiers thématiques vous donnent accès à des expériences historiques fondatrices, ainsi qu'à des applications contemporaines qui en découlent.

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