Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 20
Activité 1 - Activité d'exploration

Découverte de l'effet photoélectrique

Objectif : Décrire et interpréter qualitativement l'effet photoélectrique.
Établir la relation entre l'énergie cinétique des électrons et la fréquence.
Problématique de l'activité
La production d'énergie électrique à l'aide de panneaux photovoltaïques est l'une des techniques alternatives à l'utilisation d'énergies fossiles.
Sur quels principes physiques repose l'effet photoélectrique ?

Doc. 1
Observations et expériences

En 1873, Smith observe que la résistance électrique du sélénium varie en fonction de l'intensité de la lumière reçue. Par la suite, Day et Adams découvrent que l'on peut créer un courant électrique à partir de sélénium éclairé.
En 1883, Fritts met au point le premier panneau photovoltaïque. En 1887, Hertz découvre que des étincelles peuvent être produites par un rayonnement ultraviolet. Entre 1889 et 1895, Elster et Geitel montrent que l'effet photoélectrique se produit avec de la lumière visible sur les métaux alcalins, tandis que les ultraviolets sont nécessaires pour les autres.

Doc. 2
Interprétation de l'effet photoélectrique

Einstein postule en 1905 que toute onde électromagnétique de fréquence est en réalité un flux de quanta d'énergie, chaque quantum ayant une énergie (notion de photon). L'intensité d'un faisceau monochromatique dépend du nombre de photons : un faisceau est d'autant plus intense qu'il comporte un grand nombre de photons.
Lorsqu'un photon entre en collision avec un électron présent dans un métal, il lui transmet toute son énergie.

PC - chapitre 20 - Effet photoélectrique et enjeux énergétiques - Interprétation de l'effet photoélectrique
Le zoom est accessible dans la version Premium.

Si cette énergie est suffisante, alors l'électron est arraché. L'énergie minimale nécessaire pour arracher un électron est appelé travail d'extraction . Si l'énergie est supérieure au travail d'extraction, alors le surplus d'énergie fourni est converti en énergie cinétique .

Doc. 3
Énergie cinétique des électrons

PC - chapitre 20 - Effet photoélectrique et enjeux énergétiques - Énergie cinétique des électrons
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Donnée

  • Constante de Planck :  J·s

Supplément numérique

Frise interactive

1690
Christian Huygens

Questions
RAI/ANA : Lier modèles microscopiques et grandeurs macroscopiques
RAI/MOD : Utiliser avec rigueur le modèle de l'énergie
Compétence(s)

1. Associer à chaque théorie ses grands partisans en utilisant la frise numérique.

2. Expliquer pourquoi l'effet photoélectrique remet en question le modèle ondulatoire.

3. Établir la relation entre la fréquence du photon , l'énergie cinétique de l'électron arraché et le travail d'extraction .

4. Préciser l'influence d'une augmentation de la fréquence . En déduire une définition de la fréquence de seuil du doc. 3 et expliquer l'observation d'Elster et de Geitel.

5. Préciser l'influence d'une augmentation de l'intensité lumineuse sur le flux d'électrons.

6. Calculer le travail d'extraction de chaque métal du doc. 3.
Synthèse de l'activité
Rédiger une synthèse à propos de la dualité onde-corpuscule de la lumière.

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