Constantes :

h = 6.63 10-34J.s ; c = 3.00 108m.s-1 ; 1eV = 1.6 10-19J ; e = 1.6 10-19 C ; me = 9.1 10-31Kg.

Exercice n°1

On dispose d’une photocathode au césium éclairée par une lumière monochromatique.

1.   La longueur d’onde seuil pour le césium est l0 = 0.66 mm. Déterminer le travail d’extraction W0 d’un électron.

2.  La lumière qui éclaire cette photocathode a une longueur d’onde l = 0.44 mm.

a- Déterminer l’énergie cinétique maximale d’un électron émis par la cathode.

b- déterminer la vitesse de cet électron.

c- Déterminer la tension d’arrêt dans ces conditions.

 

Corrigé

 

Exercice n°2

Une cellule photoémissive à vide est éclairée par un rayonnement de fréquence 5.5 1014Hz. A l’aide d’un générateur, on applique une tension UAC = 20 V qui accélère les électrons émis par effet photoélectrique. On observe une intensité de saturation Is = 2.0 mA lorsque la puissance reçue par la photocathode vaut 0.360 W.

1.   Déterminer la sensibilité, s, de cette cellule.

2.  Calculer le rendement quantique de la cellule.

Corrigé

 

Exercice n°3

On dispose d’une cellule photoélectrique dont le seuil d’extraction est de 2.4 eV. Elle est éclairée par un faisceau polychromatique composé de deux radiations de longueurs d’ondes l1 = 430 nm et l2 = 580 nm.

1.  Effet photoélectrique.

a- définir l’effet photoélectrique.

b- représenter la variation de l’intensité traversant la cellule en fonction de la tension à ses bornes, UAC. Représenter le schéma du montage électrique permettant de réaliser ces mesures.

2.  On éclaire la cellule à l’aide des deux radiations.

a- Les deux radiations permettent-elles l’effet photoélectrique ?

b- Quelle est la vitesse maximale des électrons qui sont arrachés à la photocathode ?

c- Définir et calculer le potentiel d’arrêt.

Corrigé

 

Exercice n°4

Un faisceau éclaire une cathode d’une cellule photoélectrique. Le seuil de cette cathode au césium vaut f0 = 4.54 1014Hz et son rendement quantique vaut r = 0.05. On a UAC = VA –Vc.

1.   Donner l’allure de la caractéristique I = f(UAC).

2.  Calculer le travail d’extraction W0 en eV et la vitesse d’un électron sortant de la cathode si la longueur d’onde de rayonnement émis est l = 500 nm.

3.  Calculer la vitesse d’un électron lorsqu’il atteint l’anode si U = 100 V.

4.  Etablir la relation entre Is, l’intensité de saturation et la puissance lumineuse P reçue par la cathode. Déterminer Is sachant que P = 10-3W.

5.  L’intensité de ce courant étant faible, on l’amplifie en utilisant un photomultiplicateur : la lumière vient provoquer un effet photoélectrique sur la photocathode et les électrons arrachés sont accélérés par des dynodes sur lesquelles ils arrachent à leur tour 3 électrons secondaires. Le photomultiplicateur contient 10 dynodes.

Déterminer l’intensité du courant à la sortie du photomultiplicateur.

 

Corrigé

 

Exercice n°5

On dispose d’une cellule photoélectrique au potassium dont le travail d’extraction est W0 = 2.2 eV.

On détermine pour cette cellule, la tension d’arrêt en fonction de diverses fréquences d’éclairage. On obtient les résultats suivants : (On a indiqué dans le tableau la valeur absolue de la tension d’arrêt).

n (Hz)

7.00 1014

8.00 1014

9.00 1014

|U0| (V)

0.69

1.10

1.52

1.  Tracer la courbe n = f (|U0|) et conclure.

2.  En déduire la valeur du seuil photoélectrique de cette photocathode. Ce résultat est –il en accord avec la valeur de W?

3.  Déterminer la valeur de la constante de Planck (h) à partir de la courbe réalisée. Cette valeur correspond-elle à la valeur admise ?

 

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