1) Déterminer graphiquement l'équation de la courbe représentant $|U_{0}|=f\left(\dfrac{1}{\lambda}\right)$
2) a) Établir la relation entre le potentiel d'arrêt $U_{0}$, le travail d'extraction $W_{0}$ d'un électron du métal de la cathode et l'énergie $W$ d'un photon incident. En déduire l'expression de $|U_{0}|$ en fonction de
b) En identifiant la relation précédente à celle trouvée graphiquement dans la première question, déterminer une valeur approchée de la constante de Planck $h$ et calculer $W_{0}. $
3) On éclaire maintenant la cellule photoélectrique par une lumière monochromatique de longueur d'onde $\lambda=0. Photoélectrique - cellule photoélectrique - YouTube. 588\mu m. $
a) Calculer, dans le système international d'unités, l'énergie $W$ et la quantité de mouvement $\|\overrightarrow{P}\|$ en $MeV\cdot c^{-1}$
b) A l'aide de la courbe représentant $|U_{0}|=\left(\dfrac{1}{\lambda}\right)$, calculer le potentiel d'arrêt $U_{0}$ correspondant et en déduire la valeur de l'énergie cinétique maximale des électrons émis par la cathode.
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Le nombre de photons par unité de longueur d'onde est
une donnée à connaître pour les applications photovoltaïques pour estimer l'énergie totale
disponible. La longueur d'onde correspondant au maximum de photons est de l'ordre de
650-670nm. Figure 2. 1: Schéma de principe de la conversion photoélectrique. Principe de la conversion Photoélectrique. La plupart des cellules photovoltaïques utilisent des semi-conducteurs pour récolter les paires
électron-trou créées par la collision des photons dans le matériau. Cependant, selon le matériau
utilisé, le nombre de photons utiles (qui peuvent être absorbés) diffère. En effet, chaque matériau
possède son propre gap énergétique (bande d'énergie interdite). Tout photon possédant une
énergie inférieure à ce gap et arrivant à la surface du matériau n'aura pas assez d'énergie pour
arracher un électron au matériau même s'il entre en collision avec un. Le courant produit par un
capteur PV est donc beaucoup plus faible que la quantité de photons arrivant sur le matériau car
plusieurs conditions doivent être réunies pour que réellement l'énergie d'un photon se traduise en
courant (compatibilité du matériau avec les longueurs d'ondes du spectre solaire, énergie des
photons à leur arrivée sur le matériau, probabilité de rencontre d'un photon avec un électron,
incidence du rayonnement, épaisseur du matériau, …).
a- Dans quel domaine se situe cette radiation? b- Calculer la vitesse maximale d'un électron à la sortie de
la cathode. Calculer le potentiel d'arrêt de la cellule pour cette radiation
-
Célérité de la propagation de la lumière: c= 3. s -1
Masse d'électron: m=0, 91. 10 -30 Kg
Charge de l'électron: -1, 6. Schema cellule photoélectrique au. 10 -19 C
EXERCICE IV
On dispose
de 3 cellules photoémissives. Les cathodes sont respectivement couvertes de
césium (Ce), de potassium (K) et de lithium (Li). Les énergies d'extraction W 0 de ces métaux sont données
dans le tableau ci-dessous. Métal
Césium
Potassium
Lithium
W 0 (eV)
1, 19
2, 29
2, 39
Qu'appelle-t-on énergie d'extraction? On éclaire successivement chaque cellule par une radiation
monochromatique de longueur d'onde 𝜆 =0, 60µm
a- Calculer, en électron volt, l'énergie transportée par un photon
incident. b- Avec laquelle de ces 3 cellules, obtient-on l'effet
photoélectrique? Justifier votre réponse? c- Calculer en Joule l'énergie cinétique maximale à la sortie de la
cathode.
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