Interprétation de l'effet photoélectrique
L'effet photoélectrique est une première manifestation du caractère discontinu des phénomènes électromagnétiques qui se révèle dans l'interaction entre la lumière et la matière.
L'interprétation des lois expérimentales est due à Albert Einstein en 1905. Sur la base des travaux de Planck, Einstein appliqua l'hypothèse de la quantification de l'échange d'énergie entre la lumière et la matière. Il considéra la quantité \(\textrm h.\nu\) comme la quantité minimale (le quantum) d'énergie lumineuse transportée par le rayonnement et cédée aux électrons du métal. Ce quantum devait par la suite être baptisé photon par Lewis.
Albert Einstein
Selon Einstein, le rayonnement peut être assimilé à un flot de grains d'énergie \(\textrm h.\nu\) et la relation liant l'énergie \(\epsilon\) portée par les photons et la fréquence du rayonnement lumineux est appelée relation de Planck-Einstein :
\(\mathbf{\epsilon=\textrm h.\nu=\textrm h.\frac{\textrm c}{\lambda}=\textrm h.\textrm c.\overline\nu}\)
\(\textrm h=\textrm{6,6253}.10^{-34} \textrm{J.s}\)
où \(\textrm h\) est la constante de Planck qui relie le comportement corpusculaire de la lumière caractérisé par \(\epsilon\) à son comportement ondulatoire caractérisé par la fréquence \(\nu\). Dans l'animation ci-dessous, on peut revisiter l'expérience en tenant compte de l'interprétation d'Einstein.
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L'effet photoélectrique et le rayonnement électromagnétique du corps noir montrent seulement que l'échange d'énergie, l'interaction, entre la matière et le rayonnement est discontinu en se faisant par quanta. La constante \(\textrm h\) découverte par Planck est liée à l'existence de ces échanges discontinus d'énergie.
C'est la mise en évidence de la nature discontinue des échanges d'énergie et son interprétation qui révèle en tant que conséquence l'aspect corpusculaire de la lumière ; le concept de photon correspond ainsi à l'association d'une particule à une interaction, à une force, ce qui n'existe pas en physique classique.