Rudiments sur les émissions lumineuses/Mécanisme d'absorption et d'émission de la lumière

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Nous avons vu que les électrons gravitent sur des orbites et qu’à chaque orbite correspond, pour l’électron, un niveau d’énergie bien précis. Nous supposerons que les électrons ont une tendance naturelle à aller graviter sur l’orbite correspondant à la plus base énergie. Si tous les électrons sont sur leur orbite de plus basse énergie, nous dirons que l’atome est dans son état fondamental.

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Comment pouvons-nous alors amener un électron à changer d’orbite pour aller graviter sur une orbite de niveau d’énergie plus élevé. Si l’on veut que l’électron ait un niveau d’énergie plus élevé, il faut que celle-ci lui soit fournie par le milieu extérieur. On dira alors que l’atome absorbe de l’énergie. Cette énergie peut, par exemple, lui être apportée sous forme de chaleur ou sous forme de rayonnement.

Supposons que l’électron ait acquis un niveau d’énergie supérieur et gravite sur une orbite plus élevée. Nous savons que cet électron a tendance à retourner spontanément sur une orbite de plus basse énergie. Par conséquent, au bout d’un certain temps, l’électron va retourner vers un niveau de plus basse énergie en restituant au milieu extérieur l’énergie qu’il avait absorbée pour changer de niveau. Comment cette énergie va-t-elle être restituée au milieu extérieur ? L’électron va tout simplement émettre un photon dont l’énergie va correspondre à la différence entre le niveau d’énergie E₁ qu’occupait l’électron à l’origine et le niveau d’énergie E₂ que l’électron va occuper ensuite. Comme les niveaux d’énergie occupés par les électrons ont des valeurs bien précises, les énergies des photons émis vont avoir des valeurs bien précises.

Comme chaque photon est accompagné d’une onde électromagnétique, cette énergie émise va se traduire par l’émission d’une onde électromagnétique de fréquence f vérifiant la relation :

$h.f=E_{1}-E_{2}~$

Comme les photons émis ont des énergies de valeur précise, les ondes électromagnétiques émises auront des fréquences précises qui correspondent à des couleurs précises. Nous comprenons ainsi pourquoi les objets ont des couleurs qui leur sont propres.