Hiện tượng quang điện - Thuyết lượng tử ánh sáng

1. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN

Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện:

- Đặt một tấm kẽm đã được tích điện âm lên trên một điện nghiệm (tấm kẽm nối với điện cực của điện nghiệm) thì thấy hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra.

- Chiếu một chùm ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm thì thấy hai lá kim loại của điện nghiệm cụp lại chứng tỏ tấm kẽm bị mất điện tích âm nghĩa là êlectrôn đã bị bật ra khỏi tấm kẽm.

- Hiện tượng trên không xảy ra nếu: Ban đầu ta tích điện dương cho tấm kẽm hoặc Chắn chùm ánh sáng hồ quang bằng một tấm thủy tinh.

a. Định nghĩa:

Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài)

b. Định luật về giới hạn quang điện (Định luật quang điện thứ nhất)

Ánh sáng kích thích chỉ có thể làm bật electron ra khỏi một kim loại khi bước sóng của nó ngắn hơn hoặc bằng giới hạn quang điện của kim loại đó.

\(\lambda  \le {\lambda _0}\)

  • \(\lambda \) : bước sóng của ánh sáng kích thích
  • \({\lambda _0}\) : giới hạn quang điện

Giới hạn quang điện phụ thuộc vào bản chất của kim loại

2. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

a. Lượng tử năng lượng của Plăng

Là lượng năng lượng một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ được xác định bằng biểu thức: \(\varepsilon  = hf\)

Trong đó:

  • ε: lượng tử năng lượng (J)
  • h = 6,625.10-34 J.s: hằng số Plăng
  • f: tần số của ánh sáng (Hz)
  • Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng \(\varepsilon = hf\) không bị thay đổi và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.
  • Tuy mỗi lượng tử ánh sáng \(\varepsilon = hf\) mang năng lượng rất nhỏ nhưng trong chùm sáng lại có một số rất lớn lượng tử ánh sáng, vì thế ta có cảm giác chùm sáng là liên tục

b. Thuyết lượng tử ánh sáng

- Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon

- Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều giống nhau, mỗi photon mang năng lượng bằng hf

- Trong chân không, photon bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo các tia sáng.

- Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một photon

c. Công thức Anhxtanh

\(\varepsilon  = hf = A + {{\rm{W}}_{{d_0}(m{\rm{ax)}}}}\)

Trong đó:

  • \(\varepsilon = hf = \frac{{hc}}{\lambda }\): lượng tử năng lượng (J)
  • \(A = \frac{{hc}}{{{\lambda _0}}}\) : công thoát của electron khỏi kim loại (J)
  • \({{\rm{W}}_{{d_0}(m{\rm{ax)}}}} = \frac{1}{2}mv_{0(m{\rm{ax)}}}^2\): động năng ban đầu cực đại của electron (J)

3. LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT CỦA ÁNH SÁNG

Ánh sáng vừa có tính chất sóng (giao thoa, nhiễu xạ) vừa mang tính chất hạt, hai tính chất này cùng tồn tại song song. Nói cách khác: Ánh sáng có tính chất lưỡng tính sóng - hạt

Dù tính chất nào của ánh sáng thể hiện ra thì ánh sáng vẫn có bản chất điện từ

Luyện bài tập vận dụng tại đây!