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Physique quantique. Radiation de corps noir Radiation de corps noir (suite) n Problème non résolu à la fin du XIX e siècle: n Théories formulées: –Wien:Oscillation.

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1 Physique quantique

2 Radiation de corps noir

3 Radiation de corps noir (suite) n Problème non résolu à la fin du XIX e siècle: n Théories formulées: –Wien:Oscillation des atomes explique la radiation (énergie de vibration vient du chauffage) –Rayleigh-Jeans: hypothèse basée sur les modes de vibration résonnants Spectre de la lumière émis par les corps chauds Valide à courtes mais diffère à grandes Valide à grandes mais diverge à courtes « Catastrophe de lultra-violet »

4 Radiation de corps noir (suite) n Planck (1900): n Planck formule une hypothèse deux mois plus tard Présente une formule empirique qui concorde avec les données Transfert dénergie entre les oscillateurs (atomes, molécules du gaz) ne se fait pas de façon continue, mais par de très petites quantités discrètes:

5 Radiation de corps noir (suite) On peut alors penser que l énergie de toute vibration moléculaire ne peut se faire quen multiples entiers de hf : n Planck considère lui-même son hypothèse comme un artifice mathématique permettant dobtenir la bonne réponse « Hypothèse quantique de Planck »

6 Effet photo-électrique n Einstein (1905): Confère une réalité physique à l`hypothèse de Planck avec son interprétation de leffet photo-électrique Quantum dénergie: « photon »

7 Effet photo-électrique (suite)

8 Les électrons émis (les « photoélectrons ») ont une énergie cinétique maximale où est le potentiel darrêt K max est indépendant de lintensité du faisceau?

9 Hypothèse dEinstein n Lémission de lélectron résulte dune collision où un photon cède toute son énergie à lélectron: où le travail dextraction φ est lénergie minimale pour extraire un électron

10 Hypothèse dEinstein (suite) n Selon cette hypothèse, augmenter lintensité du faisceau ne fait quaugmenter le nombre de photons, et donc le nombre délectrons émis. n Lénergie de lélectron dépend de lénergie individuelle des photons.

11 Effet photo-électrique (suite)

12 Selon lhypothèse dEinstein n Pour quil y ait émission dun électron, il faut que lénergie du photon soit au moins égale au travail dextraction: où f 0 est appelée la fréquence seuil

13 Atome dhydrogène n Mystère du spectre de l hydrogène: n Modèle de Bohr: 1-Les e - se déplacent uniquement que sur certaines orbites circulaires orbites stationnaires 2- Il y a émission dun rayonnement seulement si un e - passe d une orbite permise à une autre dénergie inférieure 3- Le moment cinétique de le - ne peut prendre que des valeurs entières multiples de Émission de lumière à certaines précises

14 Atome dhydrogène (suite) n Équilibre de forces:

15 Atome dhydrogène (suite) n Transition dun état dénergie à un autre:

16 Dualité onde-corpuscule n Photon se comporte à la fois comme une onde et un corpuscule De Broglie suggère de généraliser cette dualité à la matière

17 Dualité onde-corpuscule n Observation des propriétés ondulatoires de la matière par diffraction ou par interférence: Microscopes électroniques

18 Dualité onde-corpuscule (suite) n Observations Et si on diminue lintensité du faisceau jusquà ce que les électrons passent un par un?

19 Dualité onde-corpuscule (suite) On observe le patron dinterférence quand même! Forcés dadmettre que les électrons passent par les deux fentes en même temps!!

20 Atome dhydrogène

21 Principe dincertitude n Heisenberg (1927): Il est impossible de déterminer à la fois la position et la quantité de mouvement d une particule avec un degré de précision arbitraire: Relié à la nature ondulatoire de la particule

22 Principe dincertitude (suite) n Tentative de détermination de la position avec un microscope: Lélectron « éclairé » subit un recul qui modifie son impulsion p par une quantité p impossible à déterminer

23 Principe dincertitude (suite) n Conclusion: lacte simple dobserver un électron (ou toute autre particule ou objet) perturbe l état original de celui-ci dune manière indéterminée n Au lieu de faire des prédictions déterministes précises sur l état ultérieur d un système, nous sommes contraints à déterminer les résultats possibles dune observation, en donnant les probabilités relatives de chacun de ces résultats


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