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Inscris-toi gratuitementLa théorie quantique de l'énergie de Max Planck stipule que les objets chauffés émettent des radiations (comme la lumière) en petites quantités discrètes d'énergie appelées ______ .
Quel scientifique a tenté d'expliquer l'effet photoélectrique ?
Selon l'effet photoélectrique, plus la lumière est intense, plus _____ les électrons peuvent être éjectés d'une surface métallique.
Dans l'effet photoélectrique, les électrons émis par la surface d'un métal sont appelés______.
En utilisant la théorie de Planck, Einstein a proposé la double nature de la lumière, à savoir que la lumière avait des caractéristiques ondulatoires, mais qu'elle était constituée de flux de minuscules paquets d'énergie ou de particules de rayonnement électromagnétique appelé____.
Unphoton estune particule de rayonnement ______ sans masse qui transporte un quantum d'énergie .
_______ est la distance entre les deux pics ou creux adjacents d'une vague.
____ est le nombre de longueurs d'onde complètes qui passent à un point précis par seconde.
Lafréquence et la longueur d'onde sont ______ proportionnelles l' une à l'autre.
Unquantum est la quantité _____ d'énergie électromagnétique (EM) qui peut être émise ou absorbée par un atome.
Lorsqu'un électron d'une substance est promu d'une coquille inférieure à une coquille supérieure, il subit le processus de ____ d'un photon.
La théorie quantique de l'énergie de Max Planck stipule que les objets chauffés émettent des radiations (comme la lumière) en petites quantités discrètes d'énergie appelées ______ .
Quel scientifique a tenté d'expliquer l'effet photoélectrique ?
Selon l'effet photoélectrique, plus la lumière est intense, plus _____ les électrons peuvent être éjectés d'une surface métallique.
Dans l'effet photoélectrique, les électrons émis par la surface d'un métal sont appelés______.
En utilisant la théorie de Planck, Einstein a proposé la double nature de la lumière, à savoir que la lumière avait des caractéristiques ondulatoires, mais qu'elle était constituée de flux de minuscules paquets d'énergie ou de particules de rayonnement électromagnétique appelé____.
Unphoton estune particule de rayonnement ______ sans masse qui transporte un quantum d'énergie .
_______ est la distance entre les deux pics ou creux adjacents d'une vague.
____ est le nombre de longueurs d'onde complètes qui passent à un point précis par seconde.
Lafréquence et la longueur d'onde sont ______ proportionnelles l' une à l'autre.
Unquantum est la quantité _____ d'énergie électromagnétique (EM) qui peut être émise ou absorbée par un atome.
Lorsqu'un électron d'une substance est promu d'une coquille inférieure à une coquille supérieure, il subit le processus de ____ d'un photon.
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Équipe enseignants Énergie quantique
Mais ce n'est pas le cas dans la vie réelle, ni même au niveau atomique ! Selon la chimie et la physique quantiques, certaines choses, comme l'énergie d'un électron, sont quantifiées .
Alors, si tu souhaites en savoir plus sur l'énergie quantique, continue à lire !
Le début de la théorie quantique a été la découverte des quanta d'énergie électromagnétique émis par un corps noir. Cette découverte a été publiée par Max Planck en 1901, dans laquelle il affirme que les objets chauffés émettent des radiations (comme la lumière) en petites quantités discrètes d'énergie appelées quanta. Planck a également proposé que cette énergie lumineuse émise soit quantifiée.
Un objet est considéré comme un corps noir s'il est capable d'absorber toutes les radiations qui le frappent.
Puis, en 1905, Albert Einstein a publié un article expliquant l'effet photoélectrique . Einstein a expliqué la physique de l'émission d'électrons à partir d'une surface métallique lorsqu'un faisceau de lumière est projeté sur cette surface. De plus, il a remarqué que plus la lumière est brillante, plus le nombre d'électrons éjectés du métal est important. Cependant, ces électrons n'étaient éjectés que si l'énergie lumineuse était supérieure à une certaine fréquence seuil (figure 1). Ces électrons émis par la surface d'un métal sont appelés photoélectrons.
En utilisant la théorie de Planck, Einstein a proposé la double nature de la lumière, à savoir que la lumière avait des caractéristiques ondulatoires, mais qu'elle était constituée de flux de minuscules paquets d'énergie ou de particules de rayonnement électromagnétique appelés photons.
Un photon est une particule de rayonnement électromagnétique sans masse qui transporte un quantum d'énergie.
Les photons possèdent les caractéristiques suivantes :
Ils sont neutres, stables et n'ont pas de masse.
Les photons sont capables d'interagir avec les électrons.
L'énergie et la vitesse des photons dépendent de leur fréquence.
Les photons peuvent voyager à la vitesse de la lumière, mais uniquement dans le vide, comme l'espace.
Toute la lumière et l'énergie électromagnétique sont constituées de photons.
Avant de plonger dans l'énergie quantique, passons en revue le rayonnement électromagnétique . Le rayonnement électromagnétique (l'énergie) est transmis sous forme d'onde (figure 2), et ces ondes sont décrites en fonction de leur fréquence et de leur longueur d'onde.
Lalongueur d' onde est la distance entre les deux pics ou creux adjacents d'une onde.
Lafréquence est le nombre de longueurs d'onde complètes qui passent à un point précis par seconde.
Il existe différents types de rayonnements électromagnétiques autour de nous, comme les rayons X et les rayons UV ! Les différentes formes de rayonnement électromagnétique sont représentées dans un spectre électromagnétique (figure 3). Les rayons gamma possèdent la fréquence la plus élevée et la longueur d'onde la plus petite, ce qui indique que la fréquence et la longueur d'onde sont inversement proportionnelles. En outre, remarque que la lumière visible ne représente qu'une infime partie du spectre électromagnétique.
Toutes les ondes électromagnétiques se déplacent à la même vitesse dans le vide, soit la vitesse de la lumière 3,0 X108 m/s.
Prenons un exemple.
Trouve la fréquence d'une lumière verte dont la longueur d'onde est de 545 nm.
Pour résoudre ce problème, nous pouvons utiliser la formule suivante : \(c=\lambda \text{v} \), où $$ c = \text{vitesse de la lumière (m/s) , } \lambda = \text{longueur d'onde (m), et }\text{v = fréquence (nm)} $$
Nous connaissons déjà la longueur d'onde (545 nm) et la vitesse de la lumière ( \N( 2,998 \Nfois 10^{8} m/s \N) ). Il ne reste donc plus qu'à résoudre la fréquence !
$$ \text{v} = \frac{c}{\lambda} = \frac{2.99\times10^{8} \text{ m/s }}{5.45 \times10^{-7} \text{ m }} = 5.48\times10^{14} \text{ 1/s ou Hz } $$
Voyons maintenant la définition de l'énergie quantique.
Un quantum est la plus petite quantité d'énergie électromagnétique (EM) pouvant être émise ou absorbée par un atome. En d'autres termes, c'est la quantité minimale d'énergie qui peut être gagnée ou perdue par un atome.
La formule ci-dessous peut être utilisée pour calculer l'énergie d'un photon :
$$ E =h\text{v} $$
Où :
Rappelle-toi que, selon la théorie de Planck, pour une fréquence donnée, la matière ne peut émettre ou absorber de l'énergie que par multiples entiers de hv.
Calcule l'énergie transférée par une onde dont la fréquence est de 5,60×1014 s-1.
Cette question nous demande de calculer l'énergie par quantum d'une onde dont la fréquence est de 5,60×1014 Hz. Il nous suffit donc d'utiliser la formule ci-dessus et de résoudre E.
$$ E = (626.6\times10 ^{-34}\text{ J/s } ) \times (5.60\times10 ^{14}\text{ 1/s } ) = 3.51 \times10 ^{-17}\text{ J } $$
Une autre façon de résoudre l'énergie quantique consiste à utiliser une équation qui inclut la vitesse de la lumière. Cette équation est la suivante :
$$ E = \frac{hc}{\lambda} $$
Où ,
Maintenant que nous connaissons cette définition de l'énergie quantique et que nous savons comment la calculer, parlons de l'énergie des électrons dans un atome.
En 1913, le modèle d'atome du physicien danois Niels Bohr a été élaboré à partir de la théorie quantique de Planck et des travaux d'Einstein. Bohr a créé un modèle quantique de l'atome dans lequel les électrons gravitent autour du noyau, mais dans des orbites distinctes et fixes avec une énergie fixe. Il a appelé ces orbitesdes "niveaux d'énergie" (figure 4) ou des coquilles, et chaque orbite a reçu un nombre appelé nombre quantique.
Le modèle de Bohr visait également à expliquer la capacité de l'électron à se déplacer en suggérant que les électrons se déplaçaient entre différents niveaux d'énergie par l'émission ou l'absorption d'énergie.
Lorsqu'un électron d'une substance passe d'une enveloppe inférieure à une enveloppe supérieure, il subit le processus d'absorption d'un photon.
Lorsqu'un électron d'une substance passe d'une enveloppe supérieure à une enveloppe inférieure, il subit le processus d'émission d'un photon.
Le modèle de Bohr posait toutefois un problème : il suggérait que les niveaux d'énergie se trouvaient à des distances spécifiques et fixes du noyau, par analogie avec une orbite planétaire miniature, ce qui, nous le savons aujourd'hui, est incorrect.
Alors, comment se comportent les électrons ? Agissent-ils comme des ondes ou sont-ils plutôt des particules quantiques ? C'est là qu'interviennent trois scientifiques : Louis de Broglie, Werner Heisenberg et Erwin Schrödinger.
Selon Louis de Broglie, les électrons ont à la fois des propriétés ondulatoires et des propriétés particulaires. Il a pu prouver que les ondes quantiques pouvaient se comporter comme des particules quantiques, et que les particules quantiques pouvaient se comporter comme des ondes quantiques.
Werner Heisenberg a en outre proposé que, lorsqu'il se comporte comme une onde, il est impossible de connaître l'emplacement exact d'un électron dans son orbite autour du noyau. Sa proposition suggère que le modèle de Bohr est erroné car les orbites/niveaux d'énergie ne sont pas fixes à une certaine distance du noyau et n'ont pas de rayons fixes.
Plus tard, Schrödinger a émis l'hypothèse que les électrons pouvaient être traités comme des ondes de matière et a proposé un modèle appelé modèle mécanique quantique de l'atome . Ce modèle mathématique, appelé équation de Schrödinger, rejette l'idée que les électrons existent sur des orbites fixes autour du noyau, et décrit plutôt la probabilité de trouver un électron à différents endroits autour du noyau de l'atome.
Aujourd'hui, nous savons que les atomes ont une énergie quantifiée, c'est-à-dire que seules certaines énergies discrètes sont autorisées, et ces énergies quantifiées peuvent être représentées par des diagrammes de niveaux d'énergie (figure 5). Fondamentalement, si un atome absorbe de l'énergie électromagnétique, ses électrons peuvent passer à un état d'énergie plus élevé ("excité"). En revanche, si un atome émet/cède de l'énergie, les électrons descendent dans un état d'énergie inférieur. Ces sauts sont appelés sauts quantiques ou transitions énergétiques.
En physique moderne, il existe un terme appelé énergie du vide, qui correspond à l'énergie mesurable d'un espace vide. Il s'avère donc qu'un espace vide n'est pas vide du tout ! L'énergie du vide est parfois appelée énergie du point zéro, ce qui signifie qu'il s'agit du niveau d'énergie quantifié le plus bas d'un système mécanique quantique.
L'énergie du vide est l'énergie associée au vide ou à l'espace vide.
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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