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.
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.
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.
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.
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.
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 W0 ?
3. Déterminer la valeur de la constante de Planck (h) à partir
de la courbe réalisée. Cette valeur correspond-elle à la valeur admise ?