Title: Physique quantique
1Physique quantique
2Radiation de corps noir
3Radiation de corps noir (suite)
- Problème non résolu à la fin du XIXe siècle
- Théories formulées
- WienOscillation des atomes explique la radiation
(énergie de vibration vient du chauffage) - Rayleigh-Jeans hypothèse basée sur les modes de
vibration résonnants
Spectre de la lumière émis par les corps chauds
Valide à courtes ? mais diffère à grandes ?
Valide à grandes ? mais diverge à courtes ?
 Catastrophe de lultra-violetÂ
4Radiation de corps noir (suite)
- Planck (1900)
- Planck formule une hypothèse deux mois plus tard
Présente une formule empirique qui concorde avec
les données
Transfert dénergie entre les oscillateurs
(atomes, molécules du gaz) ne se fait pas de
façon continue, mais par de très petites
quantités discrètes
5Radiation de corps noir (suite)
- On peut alors penser que l énergie de toute
vibration moléculaire ne peut se faire quen
multiples entiers de hf - Planck considère lui-même son hypothèse comme un
artifice mathématique permettant dobtenir la
bonne réponse
 Hypothèse quantique de PlanckÂ
6Effet photo-électrique
Confère une réalité physique à lhypothèse de
Planck avec son interprétation de leffet
photo-électrique
Quantum dénergie  photonÂ
7Effet photo-électrique (suite)
8Les électrons émis (les  photoélectrons ) ont
une énergie cinétique maximale
où est le potentiel darrêt
Kmax est indépendant de lintensité du faisceau?
9Hypothèse dEinstein
- Lémission de lélectron résulte dune collision
où un photon cède toute son énergie à lélectron
où le travail dextraction f est lénergie
minimale pour extraire un électron
10Hypothèse dEinstein (suite)
- Selon cette hypothèse, augmenter lintensité du
faisceau ne fait quaugmenter le nombre de
photons, et donc le nombre délectrons émis. - Lénergie de lélectron dépend de lénergie
individuelle des photons.
11Effet photo-électrique (suite)
12Selon lhypothèse dEinstein
- Pour quil y ait émission dun électron, il faut
que lénergie du photon soit au moins égale au
travail dextraction - où f0 est appelée la fréquence seuil
13Atome dhydrogène
- Mystère du spectre de l hydrogène
- Modèle de Bohr
- 1- Les e- se déplacent uniquement que sur
certaines orbites circulaires orbites
stationnaires - 2- Il y a émission dun rayonnement seulement
si un e- passe d une orbite permise à une autre
dénergie inférieure - 3- Le moment cinétique de le- ne peut prendre
que des valeurs entières multiples de
Émission de lumière à certaines ? précises
14Atome dhydrogène (suite)
15Atome dhydrogène (suite)
- Transition dun état dénergie à un autre
16Dualité onde-corpuscule
- Photon se comporte à la fois comme une onde et un
corpuscule
De Broglie suggère de généraliser cette dualité
à la matière
17Dualité onde-corpuscule
- Observation des propriétés ondulatoires de la
matière par diffraction ou par interférence
Microscopes électroniques
18Dualité onde-corpuscule (suite)
Et si on diminue lintensité du faisceau jusquÃ
ce que les électrons passent un par un?
19Dualité onde-corpuscule (suite)
On observe le patron dinterférence quand même!
Forcés dadmettre que les électrons passent par
les deux fentes en même temps!!
20Atome dhydrogène
21Principe dincertitude
Il est impossible de déterminer à la fois la
position et la quantité de mouvement d une
particule avec un degré de précision arbitraire
Relié à la nature ondulatoire de la particule
22Principe dincertitude (suite)
- Tentative de détermination de la position avec un
microscope
Lélectron  éclairé subit un recul qui modifie
son impulsion p par une quantité ?p impossible Ã
déterminer
23Principe dincertitude (suite)
- Conclusion lacte simple dobserver un électron
(ou toute autre particule ou objet) perturbe
l état original de celui-ci dune manière
indéterminée - Au lieu de faire des prédictions déterministes
précises sur l état ultérieur d un système,
nous sommes contraints à déterminer les résultats
possibles dune observation, en donnant les
probabilités relatives de chacun de ces résultats