Hiện tượng quang điện ngoài là gì? Thuyết lượng tử ánh sáng

Hiện tượng quang điện ngoài và thuyết quang từ.

thí nghiệm hiệu ứng quang điện ngoài của hetzt

Heinrich Hertz đã làm một thí nghiệm với kẽm: một tấm kẽm tích điện âm được chiếu một tia hồ quang, sau một thời gian hai điện cực đóng lại, điều này chứng tỏ tấm kẽm không tích điện và các electron bị bứt ra do ánh sáng .

-Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi tấm kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (thường gọi là hiện tượng quang điện). Các electron phát ra được gọi là quang điện tử.

Thí nghiệm tế bào quang điện.

– tế bào quang điện có cực âm (k) bằng kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ (có giới hạn quang điện trong vùng ánh sáng khả kiến, làm cảm biến trong vùng ánh sáng khả kiến):

+) Bình thường không có dòng điện trong mạch.

+) Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào catốt (k): e quang điện tắt, bị điện trường hút do nguồn điện cung cấp cho anot (a)

$\rightarrow $Có dòng điện trong mạch.

Được dùng làm cảm biến ánh sáng, có thể dùng trong các mạch điều khiển tự động.

– đường đặc tính vôn-ampe (u-i):

+) ${{u}_{ak}}\ge {{u}_{1}}$: i không tăng, dòng đạt bão hòa $\left ( {{ i}_{bh}}\right)$

+) ${{u}_{h}}<{{u}_{ak}}<{{u}_{1}}$: i tăng theo u (hàm đồng biến)

+) ${{u}_{ak}}\le {{u}_{h}}<0$: i = 0 (tức là không hoặc trống).

Định luật về ánh sáng và điện.

– Định luật quang điện thứ nhất Về giới hạn quang điện: Mọi kim loại được đặc trưng bởi bước sóng ${{\lambda }_{o}}$, được gọi là giới hạn quang điện. htqĐ chỉ xuất hiện khi bước sóng kích thích nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện $\left( \lambda \le {{\lambda }_{o}} \right)$.

Các kim loại kiềm (na, k,…) và kim loại kiềm thổ (ca,…) có giới hạn quang điện trong vùng khả kiến. Các kim loại khác (đồng, bạc, kẽm, nhôm…) có giới hạn quang điện trong vùng UV.

Bảng: Giới hạn quang điện của một số kim loại:

ag: 0,26$\mu m$

Xem Thêm : Cách chép nhạc vào iPhone bằng iTunes mới nhất 2020

cu: 0,30$\mu m$

zn: 0,35$\mu m$

al: 0,36$\mu m$

na: 0,5$\mu m$

k: 0,55$\mu m$

cs: 0,66$\mu m$

ca: 0,75$\mu m$

– Định luật quang điện thứ hai (định luật dòng điện bão hòa): Đối với mọi ánh sáng phù hợp (với $\lambda \le {{\lambda)}_{o}}$) , dòng điện bão hoà tỉ lệ với cường độ chùm tia kích thích.

– Định luật thứ ba của quang điện tử (định luật về động năng cực đại của các quang điện tử): động năng ban đầu cực đại của các quang điện tử không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và tính chất của kim loại.

Thuyết lượng tử ánh sáng.

Giả định của kế hoạch.

Độ lớn của năng lượng là một giá trị hoàn toàn xác định mà nguyên tử, phân tử mỗi lần hấp thụ hay phát ra, gọi là lượng tử năng lượng. Một lượng tử năng lượng được đại diện bởi $\varepsilon $ với giá trị $\varepsilon =hf$.

Ở đâu:

+) $f$ là tần số mà ánh sáng được hấp thụ hoặc phát ra

+) $h=6,{{625.10}^{-14}}$j.s là hằng số tăng.

Thuyết lượng tử ánh sáng. phôtôn.

– Ánh sáng là tâm của photon.

– Photon giống nhau đối với mọi màu ánh sáng. Mỗi photon có năng lượng $\varepsilon =hf$. Chùm sáng là chùm phôtôn. Cường độ của chùm tia tỷ lệ thuận với các photon.

– Trong chân không, một photon truyền dọc theo tia sáng với tốc độ $c={{3.10}^{8}}$ m/s.

– Mỗi khi các nguyên tử hấp thụ hoặc phát ra ánh sáng, chúng sẽ hấp thụ hoặc phát ra một photon.

Lưu ý:

Xem Thêm : Kể chuyện cổ tích cho bé Audio – Nghe đọc truyện cổ tích mp3

+) Photon là hạt không có khối lượng nghỉ.

+) Không có photon nào đứng yên (một photon có vận tốc $v=\frac{c}{n}$ trong môi trường chiết suất n).

+) Khi photon di chuyển giữa các môi trường, tần số của photon không thay đổi, do đó năng lượng của photon không đổi không phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn.

+) Mặc dù năng lượng mang theo mỗi photon $\varepsilon =hf$ là rất nhỏ, nhưng có rất nhiều photon trong chùm tia, vì vậy chúng ta có cảm giác rằng chùm ánh sáng là liên tục .

Mối quan hệ bàn thờ.

– Mỗi phôtôn trong chùm kích thích có năng lượng \varepsilon =hf$ được dùng vào hai việc: phá hủy công a và cung cấp động năng ban đầu cực đại cho quang điện tử:

$\varepsilon =a+{{\text{w}}_{}}\leftrightarrow hf=\frac{hc}{\lambda }=a+\frac{mv_{\text{ omax}}^{2}}{2}$ (mối quan hệ tiếng Anh)

Ở đâu:

+) $f(h\text{z}),\lambda (m)$ lần lượt là tần số và bước sóng của ánh sáng kích thích.

+) a(j) là công do kim loại thực hiện.

+) ${{\text{w}}_{}}(j), {{v}_{om\text{ax}}}(m/s)$ là động năng, cực đại quang điện tử vận tốc ban đầu.

Giải thích định luật thứ nhất của hiện tượng điện phát quang:

Electron trong kim loại hấp thụ photon của ánh sáng kích thích. Mỗi photon được hấp thụ truyền toàn bộ năng lượng varepsilon của nó cho một electron. Để các electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại, năng lượng $\varepsilon$ phải lớn hơn hoặc bằng công của kim loại, cụ thể là:

$\varepsilon \ge a\rightarrow \frac{hc}{\lambda }\ge a\rightarrow \lambda \le \frac{hc}{a}={{ \lambda }_{o}}$.

trong đó ${{\lambda }_{o}}=\frac{hc}{a}$ là giới hạn quang điện.

Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng.

– Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt.

– Trong mỗi hiện tượng, ánh sáng thường thể hiện một trong hai tính chất nêu trên. Khi tính sóng mạnh thì tính hạt yếu và ngược lại.

– Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

– Hiệu ứng quang điện là một bằng chứng quan trọng về bản chất hạt của ánh sáng.

– Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn thì năng lượng của photon càng cao, đồng thời thể hiện rõ các tính chất của hạt như khả năng xuyên thấu, khả năng phát sáng,… và các tính chất khác trong hiện tượng quang điện. Sóng mờ hơn. Ngược lại, bước sóng của sóng điện từ càng dài thì năng lượng tương ứng với photon càng nhỏ, các tính chất của sóng như giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, v.v.. được hiển thị rõ hơn, trong khi tính chất của các hạt yếu hơn.