Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng

Nếu làm thí nghiệm với tấm kẽm tích điện dương thì góc lệch của kim tĩnh điện kế sẽ không bị thay đổi khi chiếu vào tấm kẽm bằng ánh sáng hồ quang vì: khi electron bức ra khỏi tấm kim loại kẽm sẽ bị điện tích dương hút lại, do đó điện tích trên tấm kẽm không thay đổi, nên góc lệch của kim điện kế không đổi.

Sự khác biệt giữa giả thuyết Plang với quan niệm thông thường về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng.

Theo quan niệm thông thường: năng lượng được hấp thụ và bức xạ liên tục. Sự phát xạ và hấp thụ năng lượng trao đổi có thể nhỏ bao nhiêu cũng được.

Còn theo giả thuyết của Plang: Năng lượng mà một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị xác định bằng hf. Lượng năng lượng trao đổi phải là một bội số của hf.

Thí nghiệm Héc:

- Gắn một tấm kẽm tích điện âm vào cần của một tĩnh điện kế, kim của tĩnh điện kế sẽ lệch đi một góc nào đó.

- Chiếu một chùm sáng do một nguồn hồ quang phát ra vào tấm kẽm thì góc lệch của kim tĩnh điện kế giảm đi.

(Thay tấm kẽm bằng tấm kim loại khác ta cũng thấy hiện tượng tương tự)

=> Chứng minh được rằng ánh sáng hồ quang đã làm bật eclectron khỏi mặt tấm kẽm.

Hiện tượng quang điện là hiện tượng ánh sáng làm bật electron ra khỏi bề mặt kim loại.

Định luật về giới hạn quang điện:

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, mới gây ra được hiện tượng quang điện (λ ≤ λ0 ). Giới hạn quang điện (λ0) của mỗi kim loại là đặc trưng riêng của kim loại đó.

Giả thuyết lượng tử năng lượng của Max-plank: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay phát xạ ra, còn h là một hằng số. Lượng tử năng lượng  = hf trong đó (h = 6,625.10-34Js).

Lượng tử năng lượng là lượng năng lượng mà mỗi nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay bức xạ. Lượng tử năng lượng kí hiệu là ε và được tính bằng công thức: ε = hf

Thuyết lượng tử ánh sáng:

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

- Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều giống nhau, mỗi photon mang năng lượng là 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 hay phát ra hay hấp thụ một photon.

Phôtôn là hạt vật chất rất đặc biệt, nó không có kích thước, không có khối lượng nghỉ (m0 = 0), không mang điện tích nhưng nó có năng lượng (tỷ lệ với tần số ε = hf ) có khối lượng tương đối tính m = ε/c2 và có động lượng p (với p = m.c = h/λ), và nó chỉ tồn tại khi chuyển động với vận tốc ánh sáng (không có photon đứng yên).