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L'expérience de Franck et Hertz (1914)

✔ RAI/MOD : Utiliser un modèle de l'énergie

Franck et Hertz ont réalisé une expérience fondamentale de physique quantique. Tandis qu'un flux d'électrons est accéléré dans une ampoule à vapeur de mercure, on mesure les variations d'intensité dans le circuit électrique externe. Au cours de la traversée de l'ampoule, les électrons sont susceptibles d'interagir avec les atomes de mercure sous forme d'échange d'énergie et perdent 4\text{,}9 eV ou 9\text{,}8 eV.
Pour des valeurs précises de tension, on observe simultanément une émission de radiations violettes et une diminution brutale d'intensité de courant.

1. Lors du choc entre le flux d'électrons et les atomes, sous quelle forme l'énergie cinétique des électrons incidents se transforme-t-elle ?

2. Expliquer l'observation des chutes de courant et les diminutions d'énergie associées.

3. Quel concept et quel modèle théorique de l'atome sont validés par cette expérience ?

• Constante de Planck : h=6\text{,}63 \times 10^{-34} J·s ;
• 1 eV =1\text{,}60 \times 10^{-19} J ;
• Célérité de la lumière dans le vide :
  c=3\text{,}00 \times 10^{8} m·s^-1.
  

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Esprit scientifique

Bac

Le sodium au service de l'éclairage routier

✔ VAL : Exploiter un ensemble de mesure

L'éclairage routier assure visibilité et sécurité. Dans les tunnels, il est encore souvent réalisé à l'aide de lampes à décharge contenant des vapeurs de sodium à basse pression. Une décharge électrique crée un flux d'électrons qui excite de nombreux atomes de sodium (\text{Na}). Ces derniers restituent l'énergie acquise en émettant des radiations de fréquence(s) précise(s) pour revenir dans leur état fondamental.

1. Doc. 1 Comparer les spectres d'émission de la lampe à incandescence et de celle à vapeur de sodium.

2. Doc. 2 Indiquer les différents états de l'atome de sodium sur le diagramme énergétique.

3. Doc. 2 Que peut-on dire sur les niveaux d'énergie de l'atome de sodium ?

4. Doc. 2 Calculer la différence d'énergie entre les états E_{1} et E_{2}. En déduire l'énergie du photon correspondant.

5. Des photons sont-ils émis ou absorbés par l'atome de sodium ? Indiquer par une flèche le sens de leur transition sur le diagramme. Calculer la longueur d'onde correspondante.

6. Le spectre d'émission de la lampe à sodium a-t-il la même origine que celui de la lampe incandescente ?

✔ Faire le lien avec un modèle


À quel modèle de la lumière Voltaire fait-il référence dans son analogie ? Expliquer.