Physique quantique

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Physique quantique
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Radiation de corps noir
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Radiation 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-violet 
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Radiation 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
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Radiation 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 Planck 
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Effet photo-électrique

• Einstein (1905)

Confère une réalité physique à lhypothèse de
Planck avec son interprétation de leffet
photo-électrique
Quantum dénergie  photon 
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Effet photo-électrique (suite)
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Les électrons émis (les  photoélectrons ) ont
une énergie cinétique maximale
où est le potentiel darrêt
Kmax est indépendant de lintensité du faisceau?
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Hypothèse 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
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Hypothèse 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.

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Effet photo-électrique (suite)
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Selon 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

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Atome 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
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Atome dhydrogène (suite)

• Équilibre de forces

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Atome dhydrogène (suite)

• Transition dun état dénergie à un autre

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Dualité onde-corpuscule

• Photon se comporte à la fois comme une onde et un
  corpuscule

De Broglie suggère de généraliser cette dualité
à la matière
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Dualité onde-corpuscule

• Observation des propriétés ondulatoires de la
  matière par diffraction ou par interférence

Microscopes électroniques
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Dualité onde-corpuscule (suite)

• Observations

Et si on diminue lintensité du faisceau jusquà
ce que les électrons passent un par un?
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Dualité onde-corpuscule (suite)

On observe le patron dinterférence quand même!
Forcés dadmettre que les électrons passent par
les deux fentes en même temps!!
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Atome dhydrogène
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Principe dincertitude

• Heisenberg (1927)

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
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Principe 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 à
déterminer
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Principe 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