Physique-Chimie · Première · Lumière, images et couleurs
Les photons et l’interaction matière-lumière
La lumière en grains d’énergie.
En bref
La lumière se comporte aussi comme un flux de grains d'énergie, les photons.
La lumière se comporte aussi comme un flux de grains d'énergie, les photons. C'est la seule façon d'expliquer que la matière n'absorbe et n'émette que par valeurs précises.
L'énergie d'un photon
E = h × f = h × c / λ
avec h ≈ 6,63 × 10⁻³⁴ J·s, la constante de Planck.
| Le photon | Sa longueur d'onde | Son énergie |
|---|---|---|
| Bleu | Petite | Grande |
| Rouge | Grande | Petite |
Les énergies atomiques étant minuscules en joules, on emploie l'électronvolt : 1 eV ≈ 1,60 × 10⁻¹⁹ J.
Les niveaux d'énergie
L'énergie d'un atome ne prend que certaines valeurs : elle est quantifiée. On la représente par un diagramme de niveaux, échelons horizontaux.
| Le niveau | Ce qu'il est |
|---|---|
| Le plus bas | L'état fondamental |
| Les autres | Des états excités |
Absorption et émission
| Le phénomène | Ce qui se passe |
|---|---|
| Absorption | L'atome n'absorbe un photon que si son énergie correspond exactement à l'écart entre deux niveaux |
| Émission | Un atome excité redescend et émet un photon d'énergie égale à la différence des niveaux |
E(photon) = E(haut) − E(bas)
Un photon d'énergie intermédiaire n'est pas absorbé du tout : il n'existe pas de demi-transition. C'est ce qui explique les spectres de raies — chaque raie correspond à un écart d'énergie propre à l'élément.
Deux applications
| L'application | Ce qu'elle exploite |
|---|---|
| Le laser | Une émission provoquée entre deux niveaux : lumière monochromatique et directive |
| La photosynthèse, la vision, l'effet photoélectrique | L'absorption d'un photon par une molécule ou un métal |
Teste-toi
6 questions pour vérifier
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1.Quelle relation donne l’énergie d’un photon ?
2.Un photon bleu est plus énergétique qu’un photon rouge.
3.Que signifie « l’énergie d’un atome est quantifiée » ?
4.À quelle condition un atome absorbe-t-il un photon ?
5.Combien vaut approximativement un électronvolt en joules ?
6.Comment appelle-t-on le niveau d’énergie le plus bas d’un atome ?
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