Le photon

Le photon


Document :

La figure 1 représente les spectres d’émission et d’absorption dans le domaine des radiations visibles d’un gaz sous faible pression formé d’hydrogène monoatomique (c'est-à-dire d’atomes non liés en molécules).

 

Pour interpréter le spectre de l’hydrogène, le physicien danois Niels Bohr a adopté en 1913, les hypothèses suivantes :

  • Dans un atome d’hydrogène, l’électron ne peut accéder qu’à certaines couches électroniques. A chaque couche correspond une énergie déterminée pour l’atome, appelé niveau d’énergie. Pour changer de niveau, l’atome doit gagner ou perdre en un seul paquet, l’énergie strictement égale à l’écart entre le niveau d’énergie initial et le niveau final.

  • Un atome peut changer de niveau en émettant ou en absorbant de la lumière. Dans ce cas, il doit libérer ou absorber un photon et un seul.

 

 

La figure suivante est un diagramme d’énergie représentant les premiers niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène. Pour chaque niveau n représenté, on a indiqué l’énergie E 1n que doit acquérir l’atome pour passer du niveau 1, appelé niveau fondamental, au niveau n.

 

 

 

 

 

  1. Analyse de document :

  1. D’après la figure 1, les longueurs d’onde des radiations émises ou absorbées par l’atome d’hydrogène sont-elles distribuées de façon continue ou discontinue ?

  2. Comparer les spectres d’émission et d’absorption de l’hydrogène. Quelle propriété générale vue en seconde, peut-on évoquer à ce propos ?

 

  1. Interpréter

L’énergie d’un photon ne dépend que de la longueur d’onde dans le vide de la radiation qui le transporte.

  1. D’après-vous, dans le cas d’une émission de lumière, l’atome doit-il passer à un niveau d’énergie supérieur ou inférieur ? même question dans le cas d’une absorption de lumière.

  2. Comment les hypothèses de Bohr expliquent elles la réponse de la question I1- ?

  3. Comment les mêmes hypothèses expliquent-elles les réponses de la question I2- ?

 

  1. Exploiter des données.

L’énergie E d’un photon est donnée par la relation

Avec h = 6,63.10-34 J.s-1 et c = 3,00.108 m.s-1.

  1. A partir de la figure 1, calculer les énergies des photons associées à chacune des radiations visibles du spectre de l’atome d’hydrogène.

  2. Identifier sur la figure 2 les changements des niveaux responsables des émissions des radiations des raies rouge ( = 656,3 nm) et bleue clair ( = 486,1 nm).

  3. Les deux autres radiations de lumière visible mettent en jeu le niveau 2. Exploiter leurs longueurs d’onde dans le vide pour compléter le diagramme avec deux autres valeurs supérieures à celle du niveau 2.

Figure 1 :

Spectres de raies (absorption et emission) de l’atome d’hydrogène :

Raie 1 : 410,2 nm Raie 2 : 434,2 nm

Raie 3 : 486,1 nm Raie 4 : 656,3 nm

 

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