Corrigé TP photons : correction du TP

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Photons, niveaux d’énergie : corrigé du TP de physique première – PDF gratuit à télécharger et imprimer

Voici le corrigé du TP sur les photons : résultats types, graphique, calcul de la constante de Planck et compte rendu modèle. Tes valeurs de tension de seuil peuvent varier de quelques centièmes de volt selon les LED et ta perception de la lueur.

Donc, ce corrigé de TP est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.

Sommaire

Résultats types : corrigé du TP sur les photons

LED	λ (nm)	1 ÷ λ (10⁶ m⁻¹)	U_s (V)	E = e U_s (10⁻¹⁹ J)
Rouge	630	1,587	1,93	3,09
Orange-jaune	590	1,695	2,07	3,32
Verte	525	1,905	2,33	3,73
Bleue	470	2,128	2,60	4,17
Violette	405	2,469	3,02	4,84

Tension de seuil des LED en fonction de 1 ÷ λ : une droite qui passe presque par l’origine.

Réponses aux questions

Enfin, la résistance limite l’intensité du courant : une LED est un dipôle non linéaire dont l’intensité croît très vite avec la tension ; sans résistance, elle brûlerait.
Ensuite, la LED rouge (630 nm) s’allume pour la plus petite tension (1,93 V) ; la violette (405 nm) pour la plus grande (3,02 V). Plus la longueur d’onde est petite, plus le photon est énergétique et plus la tension de seuil est élevée.
E = e U_s : par exemple pour la rouge, 1,602 × 10⁻¹⁹ × 1,93 ≈ 3,09 × 10⁻¹⁹ J (voir le tableau).
E_photon = h c ÷ λ = e U_s, donc U_s = (h c ÷ e) × (1 ÷ λ) : proportionnalité avec le coefficient h c ÷ e.
Puis, le graphe est une droite passant (presque) par l’origine. Coefficient directeur : (3,02 − 1,93) ÷ (2,469 − 1,587) × 10⁻⁶ ≈ 1,24 × 10⁻⁶ V·m (la régression sur les cinq points donne 1,23 × 10⁻⁶ V·m).
h = e × 1,23 × 10⁻⁶ ÷ c = 1,602 × 10⁻¹⁹ × 1,23 × 10⁻⁶ ÷ 3,00 × 10⁸ ≈ 6,6 × 10⁻³⁴ J·s. Écart relatif avec 6,63 × 10⁻³⁴ : |6,58 − 6,63| ÷ 6,63 ≈ 0,8 %.
Ainsi, la tension de seuil dépend de la perception de la première lueur, de la lumière ambiante et de l’œil de l’observateur. On peut améliorer en mesurant l’intensité du courant ou la lumière avec un capteur, en extrapolant la caractéristique U(I), ou en moyennant plusieurs observateurs.

Conclusion et compte rendu modèle

Par ailleurs, nous avons mesuré la tension de seuil U_s de cinq LED de couleurs différentes, de la rouge (630 nm) à la violette (405 nm), placées en série avec une résistance de 470 Ω. Ensuite, la tension de seuil augmente quand la longueur d’onde diminue : 1,93 V pour la rouge, 3,02 V pour la violette. Puis en supposant que l’énergie du photon émis est égale à e U_s, nous avons tracé U_s en fonction de 1 ÷ λ et obtenu une droite passant presque par l’origine, ce qui est conforme à la relation E = h c ÷ λ.

Son coefficient directeur, 1,23 × 10⁻⁶ V·m, correspond à h c ÷ e. De plus, on en déduit une constante de Planck h ≈ 6,6 × 10⁻³⁴ J·s, qui s’écarte de seulement 0,8 % de la valeur de référence. Ensuite, la principale limite de la méthode est la détermination subjective du seuil d’allumage. Par ailleurs, ce TP illustre que la lumière émise par une LED est faite de photons dont l’énergie est liée à l’écart entre les niveaux d’énergie du matériau.