Công thức giới hạn quang điện

Câu trả lời chính xác nhất: Giới hạn quang điện của mỗi kim loại (λ0) là bước sóng dài nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó mà gây ra được hiện tượng quang điện. Công thức giới hạn quang điện được xác định như sau:

Trong đó: 

- λ0 là giới hạn quang điện của kim loại, 

- A là công thoát của e ra khỏi kim loại, 

- h=6,625.10-34 J.s: hằng số Plank;  

- c =3.108 m/s: vận tốc ánh sáng trong chân không.

Cùng Toploigiai tìm hiểu chi tiết hơn về giới hạn quang điện và hiện tượng quang điện trong nội dung dưới đây.

1. Hiện tượng quang điện

Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện:

- Đặt một tấm kẽm đã được tích điện âm lên trên một điện nghiệm (tấm kẽm nối với điện cực của điện nghiệm) thì thấy hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra.

- Chiếu một chùm ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm thì thấy hai lá kim loại của điện nghiệm cụp lại chứng tỏ tấm kẽm bị mất điện tích âm nghĩa là êlectrôn đã bị bật ra khỏi tấm kẽm.

- Hiện tượng trên không xảy ra nếu: Ban đầu ta tích điện dương cho tấm kẽm hoặc Chắn chùm ánh sáng hồ quang bằng một tấm thủy tinh.

Từ thí nghiệm trên, rút ra được khái niệm: Hiện tượng ánh sáng làm bật electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài.

2. Các định luật quang điện

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

Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng 𝜆 nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng λ0. λ0 được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó.

λ ≤ λ0

- Định luật quang điện thứ hai (định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa)

Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (λ ≤ λ0) cường độ dòng quang điện bão hòa tỷ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.

- Định luật quang điện thứ ba (định luật về động năng cực đại của quang electron)

Động năng ban đầu cực đại của quang electron không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại.

3. Thuyết lượng tử ánh sáng

a. Lượng tử năng lượng của Plăng

- Chùm ánh sáng là chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác định (năng lượng của 1 phô tôn ɛ = hf (J). Nếu trong chân không thì:

Trong đó: 

- ε: lượng tử năng lượng (J)

- h = 6,625.10-34 J.s: hằng số Plăng

- f: tần số của ánh sáng (Hz)

Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng ε=hfε=hf không bị thay đổi và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.

Tuy mỗi lượng tử ánh sáng ε=hfε=hf mang năng lượng rất nhỏ nhưng trong chùm sáng lại có một số rất lớn lượng tử ánh sáng, vì thế ta có cảm giác chùm sáng là liên tục

b. Thuyết lượng tử ánh sáng

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

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

c. Công thức Anhxtanh

ε=hf=A+Wd0(max)

Trong đó:

>>> Tham khảo: Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là?

4. Giải thích các định luật quang điện

- Công thức Anh-xtanh về hiện tượng quang điện.

Trong hiện tượng quan điện, phô tôn truyền toàn bộ năng lượng ε cho electron. Năng lượng này dùng để: Cung cấp năng lượng để electron thắng lực liên kết để bứt ra gọi là công thoát A

Truyền cho electrton một động năng ban đầu Wđ.

Truyền một phần năng lượng H cho mạng tinh thể.

Khi electron ở ngay trên bề mặt thì H = 0 khi đó bảo toàn năng lượng ta có:

+ Giải thích định luật thứ nhất: Để có hiện tượng quang điện thì năng lượng của phôtôn phải lớn hơn hoặc bằng công thoát:

- Công thức giới hạn quang điện của kim loại với λ0 là giới hạn quang điện của kim loại:

 - Công thoát của e ra khỏi kim loại:

-Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện:

 với : + V0 là vận tốc ban đầu cực đại của quang e (Đơn vị của V0 là m/s)

        + λ0  là giới hạn quang điện của kim loại làm catot  (Đơn vị của λ0 là m; μm; nm;pm)

         + m (hay me ) = 9,1.10-31 kg là khối lượng của e;  e = 1,6.10-19 C là điện tích nguyên tố ;  1eV=1,6.10-19J.

+ Bảng giá trị giới hạn quang điện

5. Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng

- Có nhiều hiện tượng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng như: nhiễu xạ, giao thoa, tán sắc,...

- Cũng có nhiều hiện tượng chứng tỏ ánh sáng có tích chất hạt như: hiện tượng quang điện, khả năng đâm xuyên, tác dụng phát quang,...

→ Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chạt hạt hay ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt.

-----------------------------------

Như vậy, Toploigiai đã tìm ra công thức giới hạn quang điện và mở rộng kiến thức về hiện tượng quang điện và thuyết lượng tử ánh sáng. Hy vọng bài viết trên sẽ giúp bạn có thêm nhiều kiến thức hơn. Chúc bạn học tốt!