💡 Le photon : la lumière en grains d'énergie
La lumière voyage comme une onde, mais elle livre son énergie par petits paquets : les photons. Un photon radio est un poids plume, un photon gamma un poids lourd capable de briser des molécules. Fais défiler la longueur d'onde des ondes radio aux rayons gamma et regarde quels photons arrivent à arracher un électron à l'atome.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Quand la longueur d'onde λ diminue, la fréquence ν = c/λ augmente, et l'énergie de chaque photon E = h·ν aussi : un photon gamma transporte des milliers de milliards de fois plus d'énergie qu'un photon de radio FM.
- Les photons de lumière visible ont une énergie de 1,6 à 3,1 eV environ : du rouge (faible énergie) au violet (plus forte énergie).
- Au-delà d'environ 10 eV (UV lointains, rayons X et gamma), un seul photon suffit à arracher un électron à l'atome : le rayonnement est ionisant. En dessous, même des milliards de photons n'y arrivent pas un par un.
- À puissance égale, une source radio émet énormément plus de photons qu'une source de rayons X : chaque photon radio porte très peu d'énergie, il en faut donc beaucoup plus pour transporter la même puissance.
Expériences à faire
- Compare l'énergie d'un photon rouge et d'un photon violet : lequel est le plus énergétique, et de combien ?
- Un four à micro-ondes chauffe les aliments avec des photons de quelle énergie ? Est-ce dangereux pour l'ADN ?
- Pourquoi les UV donnent-ils des coups de soleil, alors que la lumière visible, bien plus intense, ne le fait pas ?
- Garde la même puissance et passe du laser rouge au laser vert : le nombre de photons par seconde augmente-t-il ou diminue-t-il ?
- Dans ✏️ Ta valeur, tape 13,6 eV puis 100 MHz : quelles longueurs d'onde obtiens-tu ? Règle ensuite l'énergie d'ionisation sur 3,9 eV (césium) : la lumière visible arrache-t-elle des électrons à cet atome ?
La physique derrière l'animation
- Toutes les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide à la vitesse c = 3,00 × 108 m/s. Leur fréquence vaut ν = c / λ.
- Relation de Planck-Einstein : la lumière échange son énergie par quanta, les photons, d'énergie E = h·ν = h·c / λ, avec h = 6,63 × 10−34 J·s.
- L'électronvolt est l'unité adaptée aux photons : 1 eV = 1,60 × 10−19 J. Formule pratique : E (en eV) ≈ 1 240 / λ (en nm). Exemple : un photon vert de 532 nm porte 2,33 eV.
- Une source de puissance P émet N = P / E photons par seconde. Un laser rouge de 1 mW (650 nm) émet environ 3 × 1015 photons par seconde.
- Un photon est ionisant s'il apporte assez d'énergie pour arracher un électron : environ 10 eV, soit λ < 124 nm. Les frontières entre domaines sont approximatives (visible : de 400 à 800 nm environ). Attention : un laser visible n'est pas ionisant, mais il reste dangereux pour l'œil car sa puissance est concentrée sur un point minuscule.
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