Mecanique Quantique
SPM/S4
Chapitre 1:
Insuffisance de la physique classiqueDébut de la théorie quantique
A/ Corpuscules lumineux
B/ Ondes de matière
C/ Frontière classique/quantique
A. Kaddouri
À la fin du 19ème siècle, des résultats expérimentaux ont posé de sérieux problèmes
Les chercheurs ont été amenés à émettre des hypothèses révolutionnaires
Nous allons donner quelques exemples d'échecs de la physique classique, puis des solutions historiquement proposées.
A/ Corpuscules lumineux : 3 exemples
1er exemple: Le rayonnement du corps noir
Définition:
Toute enceinte isotherme, imperméable au rayonnement et parcourue par une onde électromagnétique isotrope et homogène est appelée corps noir.
Historiquement, le corps noir est l'une des premières expériences qui a permis de dégager le concept de quanta, et par conséquent la naissance de la mécanique quantique.
L'expérience relative au corps noir consiste à porter à une température
T une enceinte vide isolée thermiquement.
Émission de radiations qui ne dépendent que de la température T.
Pour T fixe, la densité d’énergie monochromatique de ces radiations, notée U(l,T), présente l’allure suivante:
Allure expérimentale de U ( λ,T) :
Expérimentalement, on a:
U est nulle aussi bien pour les faibles longueurs d’onde que pour les grandes longueurs d’onde. U présente un maximum pour une longueur d’onde lmax dépendant simplement de T.
Deux Lois empiriques :
- Loi de Stefan : U(l,T) dl= aT
4
4
ou U(n,T) dn = aT
- Loi de déplacement de Wien : lmax .T = Constante
Théorie classique = loi de Rayleigh & Jeans le champ électromagnétique est équivalent à un ensemble de vibrations harmoniques.
Uclassique (ν ,T) 8π kT 2 c3 Soit : Uclassique (l ,T) 8kT l
-4
k étant la constante de Boltzmann (k=1,38.10-38 J/K)
Accord satisfaisant avec l’expérience pour les grandes l (infrarouge et visible)
MAIS Désaccord complet avec l’expérience