Interaction lumière-matière : introduction à la mécanique quantique

Le spectre obtenu est nommé spectre d’émission du gaz étudié. Il est différent d’un gaz à l’autre.

Le spectre obtenu est le spectre d’absorption du gaz. Comme pour le spectre d’émission, il change d’un gaz à l’autre.
• le modèle ondulatoire (la lumière est une onde)
• le modèle corpusculaire (la lumière est un faisceau de particules).
En fait, la lumière est à la fois une onde et un faisceau de particules.
Dans le modèle corpusculaire, les particules de lumière sont nommées photons. Chaque photon a une énergie qui est donnée par la relation de Planck :

L’énergie E du photon est en Joule. Le terme h est la constante de Planck avec




Dans le vide,

Afin de représenter les niveaux d’énergie d’un atome, on fait appel à des diagrammes d’énergies. Ci-après le diagramme simplifié d’un atome de lithium :

L’état le plus bas est appelé état fondamental ; les autres sont des états excités. Les états d’énergie sont conventionnellement d’énergies négatives, et repérés par des numéros :

Dans la pratique, les énergies des différents niveaux sont exprimées en électron-Volt, qui est une unité plus adaptée que le Joule à l’échelle de l’atome. Le passage d’une unité à l’autre s’obtient par la relation :


Dans l’exemple du schéma, le photon résultant de la transition


Dans le croquis ci-dessous, le photon est absorbé parce qu’il a exactement l’énergie requise


Pour le spectre d’absorption, l’exposition du gaz à de la lumière blanche fait que les photons incidents vont présenter toutes les longueurs d’onde du visible. Seuls ceux qui pourront provoquer une transition vers un état plus élevé seront absorbés. Ils seront certes réémis par désexcitation, mais dans des directions aléatoires autres que la direction incidente. Ceci explique le spectre d’absorption trouvé, constitué de raies noires.

Avec




A l’échelle de l’atome, l’électron-volt est une unité d’énergie plus adaptée que le Joule.

Les atomes ne peuvent occuper que certains niveaux d’énergie. Cette propriété fait qu’un atome dans un état d’énergie







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