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Chapitre 5
134
L'hypothèse de Planck, selon laquelle l'énergie est formée de quanta, donc
discontinue, permit d'expliquer les lois de l'effet photoélectrique, phénomène
par lequel un rayonnement engendre un courant électrique. L'étude de cet
effet confirma en effet la possibilité de quantifier l'énergie d'un rayonnement
électromagnétique et permit de faire les observations suivantes :
­ l'émission des électrons (courant électrique) dépend d'un rayonnement de
fréquence minimale, la fréquence seuil ;
­ la fréquence seuil dépend de la nature du métal irradié, mais est indépen-
dante de l'intensité (amplitude) du rayonnement.
Quant à l'hypothèse d'Einstein selon laquelle la lumière est constituée
de particules énergétiques, les photons, elle déboucha sur les observations
suivantes :
­ à faible fréquence, les photons d'un rayonnement possèdent peu d'énergie ;
à partir de la fréquence seuil, une énergie minimale est transmise aux
électrons, et ceux-ci sont alors expulsés ;
­ un métal retient plus ou moins ses électrons selon sa nature ; plus la rétention
est forte, plus élevée devra être l'énergie du rayonnement et, par conséquent,
sa fréquence seuil.
5.2
spectReatomiqueetmodèledebohR
Les premières indications à propos de l'« atomicité » de l'énergie, soit son aspect
corpusculaire, sont apparues avec l'étude de l'émission thermique qui montrait
que l'énergie est émise par paquets, pour ainsi dire. Par la suite, une preuve
plus convaincante est ressortie de l'étude de l'émission spectrale. Comme
nous le verrons, le modèle atomique de Bohr se fonde en grande partie sur les
résultats obtenus par les spectroscopistes.
5.2.1 spectResatomiques
Il existe une méthode simple pour analyser une source de rayonnement : on
lui fait traverser un prisme transparent, ce qui a pour effet de séparer la
source de rayonnement en ses longueurs d'onde caractéristiques en formant
un
spectre
. Dans la portion visible, on peut voir directement ce spectre sur
une échelle graduée ; dans la portion de l'ultraviolet ou de l'infrarouge, on en
détecte électroniquement les longueurs d'onde. Pour réaliser cette analyse, on
se sert d'un spectroscope ( figure 5.4). Lorsque la source de rayonnement est
de la lumière blanche, comme la lumière solaire ou celle provenant de solides
incandescents (ampoules au tungstène), la dispersion par le prisme forme un
spectre continu
(figure 5.4 a). Lorsque le rayonnement résulte de décharges
électriques dans un tube contenant un gaz sous basse pression (hydrogène,
tube fluorescent, lampe au sodium ou au mercure), la dispersion engendre un
spectre discontinu
ou spectre de raies (figure 5.4 b).
La figure 5.5 a) montre le spectre de l'hydrogène. Sur ce spectre discontinu
qui constitue le spectre d'émission, on observe une série de raies sur fond noir,
colorées dans la partie visible ; les raies brillantes correspondent aux longueurs
d'onde émises par l'hydrogène. La figure 5.5 b) montre le spectre d'émission de
l'hélium, tandis que la figure 5.5 c) montre son spectre d'absorption. Le spectre
d'absorption donne la même série de raies lorsqu'un même gaz rencontre le
trajet d'un faisceau de lumière blanche : un spectre continu, séparé par des
raies noires, apparaît alors ; sur la figure, les raies noires correspondent ainsi
aux longueurs d'onde absorbées par l'hélium. Le spectre d'un corps est donc
en quelque sorte sa signature.
Spectre :
image issue de la
décomposition de rayonnements
par suite de leur passage à
travers un prisme.
Spectre continu :
spectre pro
venant d'un rayonnement formé
de toutes les longueurs d'onde
d'une région du spectre
électromagnétique.
Spectre discontinu :
spectre
provenant d'un rayonnement
formé de certaines longueurs
d'onde d'une région du spectre
électromagnétique ; un spectre
discontinu apparaît sous forme
de raies.
SAVIEZ-VOUSQUE...?
Les couleurs de l'arcenciel
représentent l'étendue du
spectre de la lumière visible.
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