[Lý Thuyết] Hiện tượng quang điện

Hiện Tượng Quang Điện

Bài viết hiện tượng quang điện được thực hiện bởi gia sư vật lý, một trong những chủ đề hay và căn bản của phần lượng tử ánh sáng.

1/ Hiện tượng quang điện: Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi kim loại là hiện tượng quang điện (ngoài).

2/ Định luật về giới hạn quang điện:

Định luật: Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng lan-da ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện lan-da-o của kim loại đó mới gây ra hiện tượng quang điện.

Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là đặc trưng riêng của kim loại đó.

Định luật về giới hạn quang điện chỉ có thể giải thích bằng thuyết lượng tử ánh sáng.

3/ Thuyết lượng tử ánh sáng:

Nội dung:

Ánh sáng được tạo bởi các hạt phôtôn.

Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng là hf, gọi là lượng tử năng lượng và được ký hiệu bằng chữ ep-xi-lon : tinh-ep-xi-lon

Trong đó: h = 6,625.10-34 J.s gọi là hằng số Plăng.

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

Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử bức xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn.

Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên.

Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng:

Anh – xtanh cho rằng hiện tượng quang điện xảy ra do sự hấp thụ phôtôn của ánh sáng kích thích bởi electron trong kim loại.

Mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một electron.

Muốn cho electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại phải cung cấp cho nó một công để thắng các liên kết. Công này gọi là công thoát (A).

Vậy, muốn hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của phôtôn ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát:

cong-thoat

4/ Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng:

Ánh sáng có tính chất sóng, ánh sáng có tính chất hạt => ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt.

Chú ý: Dù tính chất nào thì ánh sáng vẫn có bản chất điện từ.

5/ Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong:

Chất quang dẫn là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp.

Hiện tượng quang điện trong:

Khi không bị chiếu sáng, các electron ở trong các chất quang dẫn đều ở trạng thái liên kết với các nút mạng tinh thể => không có electron tự do => chất dẫn điện kém.

Khi bị chiếu sáng, mỗi phôtôn của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một electron liên kết. Nếu năng lượng mà electron nhận được đủ lớn thì electron đó có thể giải phóng khỏi mối liên kết để trở thành electron dẫn và tham gia vào quá trình dẫn điện. Mặt khác, khi electron liên kết được giải phóng thì nó sẽ để lại một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Vậy, khối chất nói trên trở thành chất dẫn điện tốt.

Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong.

Hiện tượng quang điện trong được ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện.

6/ Quang điện trở:

Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất bán dẫn. Nó có cấu tạo bằng một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.

Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài meegaôm khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

7/ Pin quang điện:

Pin quang điện còn gọi là pin Mặt Trời là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp từ quang năng thành điện năng.

Hiệu suất của các pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới 10%.

Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng 0,5V đến 0,8V.

Ứng dụng của pin quang điện: trong các máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi…Ngày nay người ta đã chế tạo thử thành công máy bay và ô tô chạy bằng pin quang điện.

8/ Hiện tượng quang – phát quang:

Khái niệm về sự phát quang:

Một số chất có khả năng hấp thu ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang – phát quang. Chất có khả năng phát quang là chất phát quang.

Một đặc điểm quan trọng của chất phát quang là nó kéo dài một thời gian sau khi tắt ánh sáng kích thích. Thời gian dài ngắn khác nhau phụ thuộc vào chất phát quang.

Huỳnh quang và lân quang:

Sự phát quang của chất lỏng và chất khí có đặc điểm là ánh sáng phát quang bị tắt rất nhanh sau khi tắt ánh sáng kích thích. Sự phát quang này gọi là sự huỳnh quang.

Sự phát quang của nhiều chất rắn có đặc điểm là ánh sáng phát quang kéo dài sau khi tắt ánh sáng kích thích. Sự phát quang loại này gọi là sự lân quang. Các chất phát quang loại này gọi là chất lân quang.

Đặc điểm của ánh sáng huỳnh quang:

Bước sóng của ánh sáng huỳnh quang dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích.

About administrator