COMPRENDRE : Lois et modèles Chapitre 15 : Transferts quantiques d’énergie et dualité onde-particule.

I-Lumière : Onde ou particule? Diffraction et interférence de la lumière: Tout comme la houle, les phénomènes de diffraction et d’interférence s’observent avec la lumière. Montage et figure de diffraction Ces observations montrent les propriétés ondulatoires de la lumière. Grâce aux travaux de l’écossais MAXWELL qui élabore la théorie de propagation des ondes électromagnétique (OEM), la lumière est alors considérée comme étant un cas particuliers d’OEM de longueur d’onde compris entre 400 et 800 nm. L'énergie E d'une OEM est égale au produit de la constante de Planck h par la fréquence ν de l'OEM: Unité: E(J), h = 6,63x10-34 J.s, ν (Hz) Montage et figure d’interférences E = h. ν

I-Lumière : Onde ou particule? Comportement particulaire de la lumière: L’effet photoélectrique : En 1905, EINSTEIN (encore lui!!) postule que la lumière est un rayonnement constitué de particules transportant des quantas d’énergie. La lumière est donc constituée d’un flux de particules appelées photons. Les photons présentent donc un aspect ondulatoire et particulaire, on parlera par conséquent de: dualité onde-particule. Plaque métallique Electrons arrachés Rayonnement incident - Lorsqu’un métal est éclairé, des électrons sont arrachés de sa surface. Il faut néanmoins apporter une certaine quantité d’énergie suffisante pour arracher ces électrons. Dans le cas contraire, les électrons ne sont pas arrachés.

II-Dualité onde-particule La matière : On associe à toutes particules matérielles, de masse m non nulle, un quantité de mouvement p = m.v , exprimée en kg.m.s-1. En 1924, Louis De Broglie généralise la dualité onde particule admise pour la lumière à tous objets microscopiques (électrons protons neutrons..). Relation de De Broglie : à chaque particule, matérielle ou non, en mouvement, on associe une onde de matière de longueur d'onde liée à la quantité de mouvement p de la particule par la relation suivante: 𝒑= 𝒉 𝝀 Unité: p (kg.m.s-1); h(J.s); λ (m).

II-Dualité onde-particule Physique quantique: On observe ,à l’aide de fentes d’Young, une figure d’interférence. Si l’on diminue suffisamment l’intensité lumineuse de la source, on verrait les photons arriver un par un sur les fentes. En raison de cette discontinuité, on parlera de physique quantique. En mécanique quantique les objets microscopiques ou les OEM ont des niveaux d'énergie quantifiés discontinus alors qu'en mécanique classique l'énergie est continue. De plus, on ne peut pas prévoir le lieu d’impact des photons sur l’écran mais seulement établir une probabilité de les observer à un endroit précis Les particules du monde microscopique sont soumises à des lois probabilistes. Seule l'étude d'un grand nombre de particules permet d'établir un comportement.

III-Le laser. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation:

III-Le laser. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation: La lumière laser provient, comme toute les lumières, de transitions de niveau d’énergie d’un atome ( doc 6 p 383). Pour augmenter le nombre d’émissions, on réalise une inversion de population, en maintenant plus d’atome dans un niveau excité par apport d’énergie (doc 8 p 384). On stimule l’émission d’un photon par un premier photon incident (doc 7 p 383). Ces deux photons auront la même fréquence, les mêmes direction et sens, et seront en phase. Pour amplifier le phénomène, le milieu est limité par un miroir et un miroir partiellement transparent ( doc 10 p 384). Cela permet d’augmenter les rencontres atome photon et donc le nombre de photons stimulés. Pour éviter les interférences destructives, la distance entre les 2 miroirs est égale à un nombre entier de fois la longueur d’onde. Les interférences constructives sortent par train d’onde du coté semi transparent en un faisceau laser.

III-Le laser. Exercices 1, 2, 3, 8, 11, 18, 20, 23, 27 et 28 p 387 Propriétés du laser: Un LASER émet donc un faisceau lumineux monochromatique et très directif. Son énergie reste donc concentrée dans l’espace et dans le temps. Exemple: Le LASER Méga-Joule Exercices 1, 2, 3, 8, 11, 18, 20, 23, 27 et 28 p 387