Diffusion et Effet Compton

 Ce phénomène est observé lorsqu'un photon incident entre en collision avec un électron d'un atome. Au cours de ce processus, l'électron est éjecté de l'atome, tandis qu'un photon est diffusé.

  L'angle de diffusion du photon est  et celui de l'électron 

A partir des lois de conservation de l’énergie et de l’impulsion on montre que:

•  l est la longueur d’onde du photon incident
•  l’ est la longueur d’onde du photon diffusé 
•  l’ dépend de l’angle de diffusion , l’> l

1. Diminution de la fréquence n’ < n
2. Le photon perd son énergie au profit de gain de l’EC de l’e- éjecté / E’ < E

En Conclusion

La diffusion Compton est une preuve de l’interaction rayonnement matière. Le rayonnement incident interagit avec la matière comme un corpuscule d’énergie hn qui perd une partie de son énergie lors de la diffusion des électrons qui constituent la matière.

Spectre atomique

A: Introduction 

Les atomes absorbent et émettent de la lumière d’une manière discontinue.

Seules certaines longueurs d’ondes sont absorbées ou émises

C’est un effet purement quantique; car la physique classique prévoyait un spectre atomique continue.

L’ensemble de ces raies constitue le spectre atomique propre à chaque atome.

On distingue deux types de spectres d’un atome :

• Spectre d’absorption: Spectre de radiations discrètes absorbées par l’atome
• Spectre d’émission: Spectre de radiations discrètes émises par l’atome

B: Spectre de l’atome d’hydrogène 

Le spectre de l'hydrogène est l'ensemble des longueurs d’onde présentes dans la lumière que l’atome d’hydrogène est capable d'émettre.

Ce spectre lumineux est composé de longueurs d'onde discrètes dont les valeurs sont données par la formule de Ritz Rydberg:

 lest la longueur d’onde de la lumière dans le vide; 

 RH est la constante de Rydberg de l’hydrogène; 

 n1 et n2 sont des entiers tels que n1 < n2 .

C'est la fréquence correspondant au photon émis ou absorbé lors d'une transition atomique pour un électron entre deux niveaux principaux d'énergies caractérisés par les nombres quantiques n1 et n2

Série de Balmer

La série de Balmer : est le spectre d’émission de l'atome d'hydrogène pour les transitions d'un état quantique de nombre principal n2 >2 vers l'état de niveau n1 =2

C: Interprétation du spectre atomique 

 Le caractère discret du spectre de raies de l’atome d’hydrogène ne trouvait d’explication dans le cadre de la mécanique classique. 

Pour interpréter ces résultats expérimentaux plusieurs modeles ont été proposés

Modèle de Thomson (1902)

Dans ce modèle, l'atome est composé d'électrons plongés dans un milieu de charge positive pour équilibrer la charge négative des électrons.

Modèle planétaire de Rutherford (1909)

Expérience de Rutherford:

On irradie avec les particules α une feuille d'or et on observe que la majorité des particules traversent la feuille d'or sauf certaines particules sont légèrement déviés

Hypothèse de Rutherford: 

Un atome constitué d'un noyau chargé positivement et contenant la majorité de la masse de l'atome, et séparé par du vide, des électrons tournant autour comme des planètes autour du Soleil. C'est le modèle planétaire de l'atome.

Modèle Bohr (1913) 

Pour améliorer les deux modèles précédant pour expliquer le spectre d’émission de l’atome d’hydrogène Bohr proposa les postulats suivants:

Postulat 2: l’électron ne peut se déplacer que sur une orbite de moment cinétique : L=nħ. n=1, 2, 3...

Le moment cinétique L est donné par

En combinant (1) et (2), les rayons des orbites et la vitesse des électrons seront quantifiés selon

L’énergie totale de l’électron est la somme des énergies cinétique et potentielle

Postulat 3:  A chaque orbite permise de rayon rn correspond une énergie bien déterminée par En .  Les transitions des électrons se font par « sauts »  Un e - passe d’une orbite d’énergie En1 vers une énergie En2 plus petite (plus grande) par émission (absorption) d’un photon d’énergie:

 Ces résultats théoriques sont en bon accord avec la loi empirique de Ritz

 Avec ce modèle de Bohr, toutes les raies spectrales de l’atome d’hydrogène prévues par Lyman, Balmer et Paschen ont été reproduites

 Série de Lyman correspond aux transitions des états excités (n2 ≥ 2) de l’atome H vers l’état fondamental n1=1. (Série spectrale dans l’U.V.)

 Série de Balmer correspond aux transitions des états excités (n2 ≥ 3) de l’atome H vers le premier état excité n1=2. (Série spectrale dans le visible) 

 Série de Paschen correspond aux transitions des états excités (n2 ≥ 4) de l’atome H vers le deuxième état excité n1=3. (Série spectrale dans l’infrarouge)

 La mesure de l’énergie correspondante à ces transitions à permis de dégager la valeur exacte de la constante de Rydderg

R 13,6 eV pour l'atome d'hydrogène