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

HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

I. Hiện tượng quang điện

Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài, thường gọi tắt là hiện tượng quang điện.

Hiện tượng này được Héc phát hiện khi làm thí nghiệm vào năm 1887. 

II. Định luật về giới hạn quang điện

• Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có  chiếu tới kim loại có bước sóng \(\lambda\) ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện \(\lambda_0\) của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện.
• Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là đặc trưng riêng của kim loại đó. Dưới đây là bảng giới hạn quang điện của một số kim loại.                                                  

II. Thuyết lượng tử ánh sáng

1. Giả thuyết lượng tử năng lượng của Plăng

Theo Plăng thì năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi là lượng tử năng lượng. Lượng tử năng lượng, kí hiệu \(\varepsilon\), có giá trị bằng:

 \(\varepsilon = hf\)

Trong đó \(f\) là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra.

                \(h\) là một hằng số, gọi là hằng số Plăng, \(h = 6,625.10^{-34}\) J.s

2. Thuyết lượng tử ánh sáng

Để giải thích hiện tượng quang điện, nhà bác học Anh-xtanh đã phát triển giả thuyết của Plăng lên một bước và đề xuất thuyết lượng tử ánh sáng (còn gọi là thuyết phôtôn) có nội dung như sau

• Chùm sáng ánh là một chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng).
• Mỗi phôtôn có năng lượng xác định \(\varepsilon = hf\) (\(f\) là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng). 
• Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ \(c = 3.10^8\) m/s trong chân không.
• Phân tử, nguyên tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.

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

Muốn cho êlectron thoát khỏi mặt kim loại phải cung cấp cho nó một công để "thắng" các lực liên kết. Công này được gọi là công thoát (\(A\)).

Như vậy, muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì

 \(hf \geq A\)  \(\Rightarrow\) \(\frac{hc}{\lambda}\geq A\) \(\Rightarrow\) \(\lambda\leq \frac{hc}{A}\)

Đặt \(\lambda_0=\frac{hc}{A}\)

\(\lambda\le\lambda_0\)

\(\lambda_0\) là giới hạn quang điện của kim loại đó  

IV. Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng

Các hiện tượng xảy ra chứng tỏ rằng ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt và có bản chất điện từ.