I –THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Bạn đang đọc: Thuyết lượng tử ánh sáng">Thuyết lượng tử ánh sáng
Mác Plăng (1858
– 1947) nhà vật li Đức, được giải Nô-bel 1918, người đã đặt nền
móng cho một trong hai học thuyết vật lí lớn: Thuyết lượng tử.
Sự sáng tạo của Plăng kì diệu ở chỗ
không những ông nhận ra tính gián đoạn của năng lượng mà còn tìm
hiểu được biểu thức của lượng tử năng lượng.
1. Giả
thuyết lượng tử của
Plăng
(Hình
động)
Khi nghiên cứu và điều tra bằng thực nghiệm quang phổ của những nguồn sáng, người ta thu được những tác dụng không hề lý giải bằng những lí thuyết cổ xưa. Để xử lý những khó khăn vất vả này, Plăng đã cho rằng yếu tố mấu chốt nằm ở ý niệm không đúng về sự trao đổi nguồn năng lượng giữa những nguyên tử và phân tử .
Năm 1900, Plăng đề ra giả thuyết sau đây :
Lượng năng lượng mà mỗi
nguyên tử hay phân tử nhận vào hay tỏa ra trong mỗi
lần hấp thụ hay bức xạ ánh sáng có giá trị hoàn toàn xác định, không
thể chia nhỏ được và bằng hf; trong đó f là tần số của ánh sáng, còn
h là một hằng số.
Giả thuyết Plăng đã được rất nhiều sự kiện th
ực
nghiệm xác nhận là đúng. Nó là tiền đề của một thuyết vật lí mới:
Thuyết lượng tử.
2. Lượng tử năng
lượng
Lượng năng lượng nói ở trên gọi là lượng tử năng lượng và được kí
hiệu bằng chữ ε:
ε
= hf
h gọi là hằng số Plăng và được xác lập bằng thực nghiệm :
h = 6,625. 10-34 Js
Ví dụ :
Lượng tử năng lượng ứng với ánh sáng tím (λ
= 0,4μm) là ε
= 4,965.10-19 J. Đó là một lượng rất nhỏ.
Ta không hề chia nhỏ một lượng tử nguồn năng lượng thành những phần nhỏ hơn được .
An-be Anh-xtanh
(Albert Einstein 1879 – 1955) là nhà vật lí Mĩ, gốc Đức, người
đề xướng ra thuyết tương đối và thuyết phôtôn ánh sáng. Giải
thưởng Nô-ben 1921 về công trình giải thích các định luật quang
điện.
II
– THUYẾT PHÔTÔN ÁNH SÁNG
* Năm
1905, dựa vào thuyết lượng tử để giải thích các định luật quang
điện, Anh-xtanh đã đề ra thuyết phôtôn. Theo ông:
1.
Chùm sáng là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác định
ε = hf (f
là tần số
của ánh sáng
có bước sóng đơn
sắc tương ứng).
Cường độ của chùm ánh
sáng tỉ lệ
với số phôtôn
phát ra trong một giây.
2.
Phân tử,
nguyên tử,
electron… phát xạ
hay hấp thụ ánh
sáng, cũng có
nghĩa là chúng hấp thụ
hay phát xạ phôtôn
3.
Các phôtôn
chuyển động với
vận
tốc
c
= 3.108 m/s trong chân không
* Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm ánh sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử phát ra. Vì vậy ta thấy chùm sáng như liên tục .
* Một chùm sáng đơn sắc chứa những phôtôn giống nhau ( cùng nguồn năng lượng ). Cường độ chùm sáng tại một điểm tỉ lệ với số phôtôn trong chùm sáng đi qua một diện tích quy hoạnh 1 mét vuông đặt tại điểm đó, vuông góc với tia sáng, trong 1 giây .
* Phôtôn chỉ sống sót trong trạng thái hoạt động. Không có phôtôn đứng yên .
C1. Hãy tính nguồn năng lượng của phôtôn ứng với ánh sáng đỏ có bước sóng λ = 0,75 μm ) ?
C2. Trong chùm ánh sáng đỏ có mấy phôtôn ?
III
– GIẢI THÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN BẰNG THUYẾT PHÔTÔN
Xem thêm: Cơ học lượng tử – Wikipedia tiếng Việt
1. Công thức
Anh-xtanh về hiện tượng quang điện
Anh-xtanh cho rằng hiện tượng quang điện xảy ra do có sự tương tác
giữa phôtôn của ánh sáng kích thích với êlectron trong kim loại dẫn
đến sự hấp thụ hoàn toàn phôtôn đó. Phô tôn hấp thụ và truyền
toàn bộ năng lượng của nó cho electron. Năng lượng
ε này được
dùng để:
+ Cung cấp cho
electron một công A, gọi là công thoát để electron thắng được lực
liên kết với mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt ki, loại.
+ Truyền cho
electron đó một động năng ban đầu.
+ Truyền một phần
năng lượng cho mạng tinh thể.
Nếu electron nằm ngay tren mặt phẳng sắt kẽm kim loại thì nó hoàn toàn có thể thoát ra ngay mà không mất nguồn năng lượng truyền cho mạng tinh thẻ. Động năng ban đàu của electron này có giá trị cực lớn là :
Áp dụng định luật bảo toàn nguồn năng lượng ta có :
Đây là công thức Anh – xtanh về hiện tượng kỳ lạ quang điện
|
C3. Giải thích tại sao các electron nằm trong khối kim loại lại có động năng ban đầu nhỏ hơn |
 |
2. Giải thích các
định luật quang điện
– Định luật thứ
nhất:Theo
hệ thức Anh – tanh
về hiêệntượng
quang điẹn thì mỗi
phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một
êlectron. Muốn cho êlectron bứt ra khỏi mặt kim loại phải cung cấp
cho nó một công để “thắng” các liên kết với mạng kim loại. Công này
gọi là công thoát
(A). Như vậy muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của
phôtôn ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát :
| Từ đó suy ra : |
 |
| Đặt : |
 |
| Ta có : |
 |
λ0
: gọi
là giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catôt
– Định luật thứ
hai:
Cường độ của dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với số quang
electron bật r khỏi catôt trong một đơn vị thời gian. Với các chùm
sáng có khả năng gây ra hiện tượng quang điện, thì số quang electron
bị bạt ra khỏi bề mặt catôt trong một đơn vị thời gian lại tỉ lệ
thuận với số phôtôn đập vào mặt catôt trong thời gian đó. Số phôtôn
này tỉ lệ với cường độ của chùm sáng tới. Suy ra cường độ của
dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng chiếu
đến catôt.
C4. dùng biểu tcức Einstein về hiện
tượng quang điện giải thích định luật quang điện thứ 3
|
||||||||||||||||||||||||||||
Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Khoa học