Tìm hiểu về hiện tượng quang điện và thuyết lượng tử ánh sáng

Hiện tượng quang điện và thuyết lượng tử ánh sáng có lẽ là khái niệm không còn quá xa lạ. Bởi chúng ta đã từng học qua những nội dung này. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu hết và hiểu rõ về bản chất của nó. Theo dõi bài viết dưới đây để tìm hiểu kỹ hơn về hiện tượng quang điện và thuyết lượng tử ánh sáng nhé!

Hiện tượng quang điện

a. Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện

Đặt một tấm kẽm đã được tích điện âm lên trên một điện nghiệm (tấm kẽm đó được nối với điện cực của điện nghiệm). Theo dõi kết quả ta thấy thấy hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra.

Sau đó, chiếu một chùm ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm. Khi đó ta thấy hai lá kim loại của điện nghiệm cụp lại. Điều đó chứng tỏ tấm kẽm bị mất điện tích âm có nghĩa là êlectrôn đã bị bật ra khỏi tấm kẽm.

b. Không có hiện tượng trên xảy ra nếu

• Thay vì tích điện âm thì ban đầu ta tích điện dương cho tấm kẽm.
• Chắn chùm ánh sáng hồ quang bằng 1 tấm thủy tinh.

c. Lý do hiện tượng không xảy ra

Nếu ban đầu tích điện dương  cho tấm kẽm thì tấm kẽm sẽ bị thiếu electrôn. Khi chiếu chùm ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm thì cũng sẽ có các electrôn bị bật ra nhưng sẽ ngay lập tức bị tấm kẽm hút quay trở lại (Theo định luật Coulomb: “Hai điện tích trái dấu sẽ hút nhau”). Do đó điện tích của tấm kẽm là không đổi. Hai lá kim loại của điện nghiệm vẫn tiếp tục được xòe ra.

Tia tử ngoại trong chùm ánh sáng hồ quang bị thủy tinh hấp thụ mạnh nên chùm ánh sáng đến được với tấm kẽm chỉ là các bức xạ đơn sắc có bước sóng dài. Điều này đưa ra kết luận được rằng hiện tượng electrôn bị bật ra khỏi tấm kẽm chỉ xảy ra với các bức xạ tử ngoại có bước sóng ngắn.

d. Kết luận từ thí nghiệm trên

• Hiện tượng quang điện (ngoài) là hiện tượng ánh sáng làm bật các electrôn ra khỏi bề mặt của kim loại.
• Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra với một số bức xạ đơn sắc nào đó chứ không phải tất cả.

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

Đối với mỗi kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó. Điều đó mới gây ra được hiện tượng quang điện. Hay nói gắn gọn hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi: λ ≤ λ0.

• Giới hạn quang điện của các kim loại thông thường ví dụ như: bạc, đồng, nhôm, kẽm ở trong miền tử ngoại.
• Còn của các kim loại kiềm, kềm thổ như: canxi, natri, xêsi, kali ở trong miền ánh sáng thấy được.

Thuyết lượng tử ánh sáng

Giả thuyết Plăng

Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ hoặc bức xạ có một giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf. Trong đó:

• h = 6,625.10 – 34 (J.s) là hằng số Plăng
• f là tần số của ánh sáng tương ứng với bức xạ đang xét (Hz).

Thuyết lượng tử ánh sáng

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

Theo Anhxtanh, mỗi lần nguyên tử (phân tử) ở bề mặt kim loại hấp thụ một phôtôn, nó dùng năng lượng này vào hai việc:

• Cung cấp một một năng lượng A để bứt electrôn ra khỏi liên kết với hạt nhân nguyên tử. Năng lượng này được gọi là công thoát.
• Phần năng lượng còn lại sẽ được biến thành động năng của electrôn khi bứt khỏi kim loại.

Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng

• Từ thí nghiệm về nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng ta thấy ánh sáng có tính chất sóng.
• Từ thí nghiệm về hiện tượng quang điện ta thấy ánh sáng có tính chất hạt.
• Do vậy ta có thể nói nói: “Ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt”.

Chú ý: Dù cho ánh sáng thể hiện ra là sóng hay là hạt thì ánh sáng vẫn sẽ có bản chất điện từ.

Trên đây là toàn bộ thông tin về thuyết lượng tử ánh sáng mà chúng tôi muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng qua bài viết giúp bạn có thể nắm được nhiều thông tin bổ ích. Chúng tôi cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết. Và hẹn gặp lại bạn trong những bài viết tiếp theo trên Website thietbikythuat nhé!