Transfert quantique d'énergie

Énergie, matière et rayonnement

Notions et contenus

Compétences exigibles

Du macroscopique au microscopique

Constante d’Avogadro (voir C14) .  

Extraire et exploiter des informations sur un dispositif expérimental permettant de visualiser les atomes et les molécules.

Évaluer des ordres de grandeurs relatifs aux domaines microscopique et macroscopique.

Transferts quantiques d’énergie

Émission et absorption quantiques.

Émission stimulée et amplification d’une onde lumineuse.

Oscillateur optique : principe du laser.

Transitions d’énergie : électroniques, vibratoires.

Connaître le principe de l’émission stimulée et les principales propriétés du laser (directivité, monochromaticité, concentration spatiale et temporelle de l’énergie).

Mettre en oeuvre un protocole expérimental utilisant un laser comme outil d’investigation ou pour transmettre de l’information.

Associer un domaine spectral à la nature de la transition mise en jeu.

Dualité onde-particule

Photon et onde lumineuse.

Particule matérielle et onde de matière ; relation de de Broglie.

Interférences photon par photon, particule de matière par particule de matière.

Savoir que la lumière présente des aspects ondulatoire et particulaire.

Extraire et exploiter des informations sur les ondes de matière et sur la dualité onde-particule.

Connaître et utiliser la relation p = h/.

Identifier des situations physiques où le caractère ondulatoire de la matière est significatif.

Extraire et exploiter des informations sur les phénomènes quantiques pour mettre en évidence leur aspect probabiliste.

Exercices p. 387-397 dont certains en gras seront corrigés en classe.

Dualité onde-particule : Act. 1 et 2 p. 376-377 + Ex 16c

Caractère probabiliste : Ex  10 -  Rel° De Broglie : Ex 7 et 4c -  

Effet laser : Ex 5c  - Absorption, émissions spontanée et stimulée 18 -  Laser He-Ne et rubis 20, 21 -  Télémétrie laser 23  - 29 mélasse optique -  31 Type bac

Nature ondulatoire de la lumière

Dans l’expérience des interférences lumineuse la lumière se comporte comme une onde.

[pic 1]

Nature corpusculaire de la lumière

Dans l’expérience de l’effet photoélectrique, la lumière se comporte comme une particule.
[pic 2]

• Animation phet Colorado : C15 photoelectric_en.jar

Un canon à électron envoie des électrons à travers deux fentes d’Young et sont détectés sur un écran. On s’attend à avoir deux bandes correspondant aux points d’impact des électrons sur l’écran.

En réalité on obtient une figure d’interférence montrant que les électrons se comportent comme une onde.

L’électron voyage comme une onde, passe par les deux fentes à la fois et se localise en une particule seulement une fois sur l’écran.

Il n’est pas possible de connaitre à l’avance la position de point d’impact d’un électron sur l’écran. Cela traduit le caractère fondamentalement probabiliste de la mécanique quantique.

• Bandes claires : zones de probabilité de présence forte
• Bandes sombres : zones de probabilité de présence faible

[pic 3]

[pic 4] 

[pic 5]

Dans l’expérience des interférences, on ne peut pas prévoir la position de l’impact d’un photon  sur l’écran : celui-ci est aléatoire.

[pic 6]

Mais, lorsque leur nombre est important, les photons respectent une loi  probabiliste donnée par l’intensité de l’onde lumineuse.

[pic 7]