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Thème 4 Ondes et signaux

Chapitre n°5
LA LUMIERE : UN FLUX DE PHOTONS

II- L'effet photoélectrique

Exemple

3- Bilan énergétique d'un électron extrait

Après son extraction, l’énergie du photon hν a été diminué du travail d’extraction. L’électron extrait reçoit donc un travail :
Wrestant= hν-Wext=hν-hνs.

L’électron, de masse m est initialement au repos, et on note v sa vitesse d’émission.
Le théorème de l’énergie cinétique appliqué à l’électron extrait dans le référentiel du laboratoire s’écrit :
∆Ec=Ec-0=1/2 mv2=-s
hν = hνs+ 1/2 mv2

III- ABSORPTION ET EMISSION DE PHOTONS
1- Absorption de photons et cellule photoélectrique
Une cellule photoélectrique, ou photorécepteur, désigne tout dispositif dont une des propriétés électriques est modifiée lors de l’absorption de photons.

AD Effet photovoltaïque
La plupart des cellules photoélectriques font appel à des matériaux semi-conducteurs, dont les propriétés sont intermédiaires entre celles d’un isolant et celles d’un conducteur métallique.

Parmi les cellules photoélectriques, on peut citer les cellules photovoltaïques. Sous l’effet de la lumière, une tension électrique apparaît entre leurs faces : ce sont des générateurs. Elles convertissent l’énergie lumineuse en énergie électrique.
La performance d’une cellule photovoltaïque est caractérisée par son rendement, qui est le rapport, sans unité, de la puissance ou énergie exploitable sur la puissance ou énergie en entrée.
La puissance lumineuse reçue par la cellule est le produit de l’éclairement ε par l’aire S de la cellule.

semi-conducteur

Certains composants électriques sont aussi des cellules photoélectriques

● Une photorésistance est un dipôle dont la résistance diminue d’autant plus que la lumière qu’elle reçoit est intense. Elle est donc sensible à toute variation de l’éclairement reçu.

● Une photodiode est un dipôle qui est traversé par un courant électrique d’intensité d’autant plus grande que la lumière qu’il reçoit est intense. Les photodiodes sont utilisées dans les capteurs CCD ou CMOS contenus dans les appareils photographiques ou les caméras

La spectroscopie est l’étude des spectres d’absorption ou d’émission d’un échantillon soumis à un rayonnement électromagnétique.
En déterminant les longueurs d’onde des photons absorbés ou émis, on détermine les atomes ou liaisons moléculaires qui figurent dans l’échantillon, qui en fait un précieux outil d’analyse chimique.

2- Emission de photons et diode électroluminescente
Une diode électroluminescente (DEL) est un dipôle dans lequel s’opère une conversion inverse de celle qui a lieu dans une photodiode. Le passage d’un courant électrique dans la structure semi-conductrice d’une DEL entraîne l’émission de photons (un électron participant au courant électrique passe de la bande conductrice à la bande de valence, sa diminution d’énergie s’accompagne de la libération d’un photon.