Calculateur d’effet photoélectrique
Rédigé par Thierno Sadou Diallo, formule vérifiée selon notre méthodologie • Mis à jour le 19/08/2026
L'effet photoélectrique éjecte un électron d'un matériau lorsqu'il est éclairé par une lumière suffisamment énergétique : l'énergie cinétique maximale de l'électron éjecté vaut Ek = E(photon) − W, où W est le travail d'extraction du matériau. Pour une lumière violette de 400 nm sur un matériau dont le travail d'extraction est de 2,3 eV, cette énergie cinétique vaut environ 0,80 eV.
Explication
L'effet photoélectrique, expliqué par Einstein en 1905 (ce qui lui vaudra le prix Nobel de physique), a été l'une des premières preuves expérimentales que la lumière se comporte comme des particules discrètes (les photons) plutôt que comme une simple onde continue. Chaque photon incident transfère toute son énergie — calculée exactement comme dans notre calculateur d'énergie d'un photon, E = h×c ÷ λ — à un seul électron du matériau ; si cette énergie dépasse le travail d'extraction W (l'énergie de liaison qui retient l'électron dans le matériau), l'électron est éjecté avec l'énergie cinétique restante, Ek = E(photon) − W. En dessous de ce seuil, en revanche, aucun électron n'est éjecté, quelle que soit l'intensité de la lumière (le nombre de photons envoyés) : c'est une observation qui a longtemps déconcerté la physique classique, où l'on s'attendait à ce qu'une lumière plus intense suffise toujours à arracher des électrons, indépendamment de sa couleur. Le travail d'extraction dépend uniquement du matériau visé (les métaux alcalins comme le sodium ou le césium ont généralement un travail d'extraction plus faible que des métaux comme le platine, ce qui les rend photosensibles à des longueurs d'onde plus grandes, y compris parfois dans le visible) ; ce calculateur le prend en entrée plutôt que de fixer une valeur pour un matériau précis, pour rester adaptable à n'importe quel matériau connu.
Exemple : lumière violette de 400 nm, travail d’extraction de 2,3 eV
Données d'entrée
Longueur d’onde : 400 nm. Travail d’extraction : 2,3 eV.
Calcul
E(photon) = h×c ÷ λ ≈ 3,0996 eV (même calcul que pour l’énergie d’un photon). Ek = 3,0996 − 2,3 ≈ 0,7996 eV, puisque l’énergie du photon dépasse le travail d’extraction.
Résultat
L’électron éjecté a une énergie cinétique maximale d’environ 0,80 eV.
Questions fréquentes
Que se passe-t-il si l’énergie du photon est inférieure au travail d’extraction ?
Aucun électron n'est éjecté, quelle que soit l'intensité lumineuse envoyée : c'est un phénomène de seuil, pas une relation linéaire qui donnerait une énergie cinétique négative. Ce calculateur reflète fidèlement ce comportement en limitant l'énergie cinétique à zéro dans ce cas, plutôt que d'afficher un résultat négatif dépourvu de sens physique.
Pourquoi augmenter l’intensité de la lumière n’aide-t-il pas si sa longueur d’onde est trop grande ?
Parce que chaque photon agit individuellement sur un seul électron à la fois : augmenter l'intensité augmente le nombre de photons envoyés par seconde, mais pas l'énergie de chacun d'eux, qui ne dépend que de la longueur d'onde. Si l'énergie d'un photon individuel reste sous le travail d'extraction, envoyer davantage de photons de cette même longueur d'onde ne changera jamais rien : c'est cette observation, incompatible avec une vision purement ondulatoire de la lumière, qui a motivé l'explication d'Einstein en 1905.
Le travail d’extraction est-il le même pour tous les matériaux ?
Non, il varie sensiblement d'un matériau à l'autre : les métaux alcalins (sodium, potassium, césium) ont typiquement un travail d'extraction plus faible, ce qui les rend sensibles à la lumière visible, tandis que d'autres métaux nécessitent une lumière ultraviolette — une longueur d'onde plus courte et donc plus énergétique, voir notre calculateur de longueur d'onde et fréquence — pour produire le même effet. C'est pourquoi ce calculateur laisse cette valeur en entrée plutôt que de la fixer pour un matériau particulier.