Imprimer l'articleLa vision classique de la physique
Durant plus de 100 ans, la lumière fut donc considérée comme une onde et cela ne posa pas de problèmes majeurs, jusqu’à ce qu’Albert Einstein apporte une explication à l’effet photo-électrique. L’effet photo-électrique est le phénomène physique utilisé au sein des panneaux solaires photovoltaïques. Le concept est le suivant. En exposant un bloc de métal à de la lumière, des électrons des atomes de métal sont arrachés créant ainsi un courant. Ce courant peut ensuite être récupéré et utilisé afin d’alimenter en électricité une habitation.
Les photons viennent cogner la plaque métallique et arracher des électrons www.sciencetech.technomuses.ca
La fréquence de la lumière ?
Tout comme les ondes sonores, la lumière est caractérisée par une gamme de fréquences. Pour le son, les basses fréquences correspondent à des tons graves et les hautes fréquences à des sons aigus. La lumière, elle, change de couleur et d’énergie avec la fréquence. À basse fréquence, elle nous apparaît rouge et porte peu d’énergie, et, à haute fréquence, elle apparaît bleue et porte beaucoup d’énergie. Mais la lumière visible n’est qu’une petite partie de la gamme en fréquence que peut adopter la lumière. Tout comme certains sons sont inaudibles pour l’homme, certaines fréquences de lumière sont invisibles. Ainsi, les ondes radio ou encore les micro-ondes sont également de la lumière, mais invisible.
Les physiciens remarquèrent qu’en deçà d’une certaine fréquence lumineuse, aucun courant n’était généré. Ils s’attendaient tout de même à ce qu’en augmentant l’intensité de la source lumineuse un courant finisse par se former. Or, il n’en est rien. Ce résultat semble même contre-intuitif ! Imaginez un ballon à la surface d’un lac. Si vous formez de petites vagues, le ballon ondulera à la surface sans s’en décoller. Si cependant vous formez de grosses vagues en augmentant l’intensité de celles-ci, le ballon va à un moment donné pouvoir se détacher de la surface du lac et rester un instant dans l’air. Pourquoi donc les électrons ne se détachent-ils pas lorsque la lumière devient plus intense ?
La solution vint donc d’Albert Einstein en 1905. Celui-ci émit l’hypothèse que la lumière est en fait composée de particules : les photons. Chaque photon porte une certaine énergie qui dépend de la fréquence de la source lumineuse. Lorsque le photon arrive à la plaque de métal, il peut transférer son énergie à l’électron qui peut éventuellement se libérer de l’emprise du noyau et former un courant. Mais les électrons ne peuvent pas cumuler l’énergie qu’ils ont reçue des photons, ce qui explique pourquoi l’intensité de la source lumineuse, qui varie avec le nombre de photons, ne change rien au problème si les photons n’ont pas assez d’énergie. Une image simplifiée serait la suivante : l’électron analyse un à un les photons qui se présentent à lui. Si ce photon a assez d’énergie pour libérer l’électron, il le fait, sinon ce photon est ignoré.
Voici une analogie mécanique de cet effet :
Nous avons donc des photons qui se propagent comme une onde mais interagissent comme des particules… Ce phénomène est appelé la « dualité onde-particule », mais nous verrons plus tard que la lumière est bien formée de particules.
