Đang tải... (xem toàn văn)
Hiệu ứng quang điện bên trong là hiện tượng khi chất bán dẫn được chiếu bằng một chùm ánh sáng thích hợp thì các electron liên kết bị bứt ra khỏi liên kết giữa các nút mạng bán dẫn, tr[r]
(1)Tuyensinh247.com I HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIÊN TRONG
1 Hiệu ứng quang điện bên
a Định nghĩa. Hiệu ứng quang điện bên tượng chất bán dẫn chiếu chùm ánh sáng thích hợp electron liên kết bị bứt khỏi liên kết nút mạng bán dẫn, trở thành electron dẫn, tự di chuyển khối bán dẫn
(electron tự do) Ngoài ra, electron bị bứt lại “giải phóng” “lỗ trống” mang điện dương Các lỗ trống chuyển động tự từ nguyên tử sang nguyên tử khác tham gia vào trình dẫn điện, làm chất bán dẫn bị chiếu sáng trở thành dẫn điện tốt
b So sánh tượng quang điện bên tượng quang điện bên
Trong tượng quang điện, có ánh sáng thích hợp chiếu vào kim loại electron bị bật khỏi kim loại Vì vậy, tượng quang điện cịn gọi tượng quang điện ngồi
Như hiệu ứng quang điện bên hiệu ứng quang điện bên giống chỗ phôtôn ánh sáng làm bứt electron khác chỗ: hiệu ứng quang điện bứt electron ngồi khối chất (kim loại), cịn hiệu ứng quang điện bên bứt electron khỏi liên kết để trở thành electron dẫn ngày khối chất
Ngồi ra, hai hiệu ứng cịn giống chỗ: ánh sáng kích thích phải có bước sóng thích hợp, nghĩa có bước sóng giới hạn 0 lại khác là: lượng cần để bứt electron khỏi liên kết bán dẫn thường nhỏ so với cơng electron khỏi kim loại (công A), nên giới hạn quang điện 0 hiệu ứng quang điện bên nằm vùng hồng ngoại
2 Quang trở
a Khái niệm quang trở
(2)Tuyensinh247.com
- Hiện tượng khối bán dẫn trở nên dẫn điện tốt (tức điện trở khối bán dẫn giảm đi) bị chiếu sáng gọi tượng quang dẫn Nó ứng dụng để tạo điện trở thay đổi trị số nhờ biến thiên cường độ chùm sáng chiếu vào gọi quang trở
- Cấu tạo quang trở đơn giản, gồm lớp bán dẫn mỏng (1) (Cadimisunfua CdS chẳng hạn) phủ lên lớp nhựa cách điện (2) Hai đầu lớp bán dẫn gắn với hai điện cực (3) (4) kim loại để nối
b Hoạt động: Nối nguồn khoảng vài vôn với quang trở thông qua miliampe kế Ta thấy, đặt quang trở tối mạch khơng có dịng điện Khi chiếu quang trở ánh sáng có bước sóng ngắn giới hạn quang dẫn quang điện mạch xuất dòng điện Điện trở quang trở giảm mạnh bị chiếu sáng ánh sáng nói Quang trở dùng thay cho tế bào quang điện mạch điều khiển tự động
c Pin quang điện
a Định nghĩa: Pin quang điện nguồn điện quang biến đổi trực tiếp thành điện Pin hoạt động dựa vào tượng quang điện bên xảy chất bán dẫn
b Cấu tạo: Xét pin quang dẫn đơn giản: pin đồng oxit Pin có điện cực đồng phủ lớp đồng (I) oxit Cu2O Người ta phun lớp kim loại mỏng lên mặt lớp Cu2O để làm điện cực thứ hai Nó mỏng tới mức cho ánh sáng truyền qua Ở chỗ tiếp xúc Cu2O Cu hình thành lớp tác dụng đặc biệt: cho phép electron chạy qua theo chiều từ Cu2O sang Cu
c Hoạt động: Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào mặt lớp Cu2O ánh sáng giải phóng electron liên kết Cu2O thành electron dẫn Một phần electron
(3)Tuyensinh247.com
Giữa hai điện cực pin hình thành suất điện động Nếu nối hai cực với dây dẫn thông qua điện kế, ta có với dây dẫn thơng qua điện kế, ta thấy có dòng diện chạy mạch theo chiều từ Cu2O sang Cu Các pin mặt trời dùng máy tính bỏ túi, vệ tinh nhân tạo… dùng pin quang điện
II SỰ PHÁT QUANG
1 Quang phát quang là: Hiện tượng số chất có khả hấp thụ ánh sáng có bước sóng (kt bước sóng kích thích) để phát ánh sáng có bước sóng khác thuộc vùng khả kiến (phát bước sóng phát ra) gọi phát quang
VD: Chất bột bên đèn ống; lớp sơn cọc tiêu đèn đường; áo công an hay công nhân vệ sinh đường sử dụng trời tối; dung dịch fluorexêin bị chiếu tia tử ngoại; công tắc điện, vùng chứng thật tiền giấy….là tượng quang phát
quang
2 Có số chất hấp thụ lượng dạng
phát xạ điện từ miền ánh sáng nhìn thấy Các tượng gọi chung phát quang
VD: Hóa phát quang (đom đóm, nấm sáng, san hô sáng ), điện phát quang (đèn LEP), Catot phát quang (màn hình máy tính, tivi )
3 Sự phát quang có khác biệt với tượng phát ánh sáng khác, hai đặc điểm quan
trọng:
Một là, chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho chất
Hai là, sau ngừng kích thích, phát quang số chất tiếp tục kéo dài thêm khoảng thời gian đó, ngừng hẳn
4 Phân biệt huỳnh quang lân quang:
* giống nhau: Đều phát quang * khác nhau:
(4)Tuyensinh247.com
- Huỳnh quang tượng mà ánh sáng phát quang tắt ngừng ánh sáng kích thích Nó thường xảy với chất lỏng chất khí
- Thời gian pht quang nhỏ 10-8s
- Lân quang tượng mà ánh sáng phát quang cònkéo dài từ vài phần giây, đến hàng (tuỳ theo chất) sau tắt ánh sáng kích thích Nó thường xảy với chất rắn - Thời gian phát quang lớn 10-6s - Các loại sơn biển báo giao thơng có thời gian sáng kéo dài vài phần mười giây nên chất lân quang
5 Giải thích đặc điểm phát quang thuyết lượng tự ánh sáng
Khi phân tử fluôrexêin, hấp thụ phôtôn tia tử ngoại có lượng hf chuyển sang trạng thái kích thích Thời gian trạng thái kích thích ngắn thời gian va chạm với phân tử xung quanh, bớt lượng nhận Vì thế, trở trạng thái ban đầu, xạ phơtơn có lượng hfphát nhỏ hơn:
h.fkích thích > h.fphát hay hc kt
> hc phát
phát > kích thích
Như vậy, phát quang tượng xảy hấp thụ ánh sáng, lượng photon bị hấp thụ là:
= hc kt
- hc phát
= hfkt - hfphát
Chú ý: Trong tượng quang phát quang, ánh sáng phát quang có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng kích thích (phát > kích thích) nên tia hồng ngoại gây tượng phát quang (tia hồng ngoại kích thích chất phát quang phát xạ ta khơng thể nhìn thấy nên khơng coi tượng phát quang)
(5)Tuyensinh247.com
H = 100%
_ _ thich kich quang phat P P
= 100%
_ _ _ _ thich kich thich kich auang phat quang phat hc N hc N
= 100%
_ _ _ _ auang phat thich kich thich kich quang phat N N
Trong đó: Nphát quang Nkích thích số photon phát quang số photon kích thích 1s
hc P
hc P P
N phat quang phat quang
quang phat quang phat quang phat quang phat quang phat _ _ _ _ _ _ _ hc P hc P P
N kich thich kich thich
thich kich thich kich thich kich thich kich thich kich _ _ _ _ _ _ _ Câu hỏi:
- Thế phát quang Phân biệt huỳnh quang lân quang Giải thích đặc điểm phát quang thuyết lượng tử ánh sáng
- Thế tượng quang hoá? Nêu số phản ứng quang hoá đơn giản Hiện tượng quang hố tính chất hạt ánh sáng khơng? Tại sao?
1 Sự phát quang
a Thế phát quang: Sự phát quang tượng phát ánh sáng lạnh số vật có ánh sáng thích hợp chiếu vào
Đặc điểm bật phát quang bước sóng ánh sáng phát quang dài bước sóng ánh sáng kích thích
Ví dụ: Khi chiếu sáng tia tử ngoại vào dung dịch fluôrexêin vào bột kẽm sunfua có pha đồng chúng phát ánh sáng màu lục
b Phân biệt huỳnh quang lân quang
- Huỳnh quang tượng mà ánh sáng phát quang tắt ngừng ánh sáng kích thích Nó thường xảy với chất lỏng chất khí
(6)Tuyensinh247.com c Giải thích đặc điểm phát quang thuyết lượng tự ánh sáng
- Khi phân tử fluôrexêin, hấp thụ phôtôn tia tử ngoại có lượng hf chuyển sang trạng thái kích thích Thời gian trạng thái kích thích ngắn thời gian va chạm với phân tử xung quanh, bớt lượng nhận Vì thế, trở trạng thái ban đầu, xạ phơtơn có lượng hf’ nhỏ hơn:
hf’ < hfhay hc ’ < h
c
’ >
Như vậy, phát quang tượng xảy hấp thụ
2 Hiện tượng quang hoá
a Thế tượng quang hoá
Hiện tượng quang hoá tượng phản ứng hoá học xảy dạng tác dụng ánh sáng Năng lượng cần thiết để phản ứng xảy lượng phơtơn có tần số thích hợp
b Một số phản ứng quang hoá đơn giản
Dưới tác dụng ánh sáng xảy ra: - Phản ứng phân tích: 2AgBr+hf 2Ag +Br2 Đây sở kỹ thuật làm ảnh cổ điển - Phản ứng tổng hợp: H2 + Cl2 +hf 2HCl
- Phản ứng trình quang hợp: 2CO2 +hf 2CO+O2
c Hiện tượng quang hoá thể tính hạt nhân ánh sáng
Nếu ánh sáng biểu tính sóng lượng có nhường cho phân tử phụ thuộc bêin độ sóng, tức cường độ chùm sáng, không phụ thuộc bước sóng Thực te, khơng phải đủ lớn khiến phản ứng quang hố xảy Vì vậy, tượng quang hố trường hợp, tính hạt ánh sáng thể rõ
III BÀI TẬP
Câu 1: Một chất có khả phát xạ có bước sóng 0,5µm bị chiếu sáng
(7)Tuyensinh247.com
A 2,65.10-19J B 26,5.10-19 J C 2,65.10-18J D 265.10-19 J
Câu 2: Một chất có khả phát xạ có bước sóng 0,5µm bị chiếu sáng
xạ 0,3µm Biết công suất chùm sáng phát quang 0,1 cơng suất chùm sáng kích thích Hãy tính tỷ lệ số photon bật số photon chiếu tới
A 0,667 B 0,001667 C 0,1667 D 6
Câu 3: Một chất có khả phát xạ có bước sóng 0,5µm bị chiếu sáng
xạ 0,3µm Gọi P0 cơng suất chùm sáng kích thích biết 600 photon chiếu tới có photon bật Cơng suất chùm sáng phát P theo P0
A 0,1 P0 B 0,01P0 C 0,001P0 D 100P0
Câu 4: Chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,30μm vào chất thấy chất phát
ánh sáng có bước sóng 0,50μm Cho cơng suất chùm sáng phát quang 1,5% công suất chùm sáng kích thích Hãy tính xem trung bình phôtôn ánh sáng phát quang ứng với phôtôn ánh sáng kích thích
A 60 B 40 C 120 D 80
Câu 5: Một chất có khả phát xạ có bước sóng 0,5µm bị chiếu sáng
xạ 0,3µm Biết cơng suất chùm sáng phát quang 0,01 cơng suất chùm sáng kích thích cơng suất chùm sáng kích thích 1W Hãy tính số photon mà chất phát 10s
A 2,516.1017 B 2,516.1015 C 1,51.1019 D 1,546.1015
Câu 6: Nguồn sáng X có cơng suất P1 phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1 = 400nm Nguồn sáng Y có cơng suất P2 phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 2 = 600nm Trong khoảng thời gian, tỉ số số phôtôn mà nguồn sáng X phát so với số phôtôn mà nguồn sáng Y phát 5/4 Tỉ số P1/P2 bằng:
A 8/15 B 6/5 C 5/6 D 15/8
Câu 7: Một chất phát quang kích thích ánh sáng có bước sóng 0,26 μm phát
(8)Tuyensinh247.com
sáng kích thích khoảng thời gian là:
A 2/5 B 4/5 C 1/5 D 1/10
Câu 8: Chất lỏng fluorexein hấp thụ ánh sáng kích thích có bước sóng λ = 0,48μm phát
ánh sáng có bước sóng λ’ = 0,64μm Biết hiệu suất phát quang 50%, số phơtơn ánh sánh kích thích chiếu đến 1s 2011.109
( hạt ) Số phôtôn chùm sáng phát quang phát 1s là:
A 2,4132.1012 B 1,34.1012 C 2,4108.1011 D 1,356.1011
Câu 9: Dung dịch Fluorêxêin hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0,49µm phát ánh sáng có
bước sóng 0,52µm, người ta gọi hiệu suất phát quang tỉ số lượng ánh sáng phát quang lượng ánh sáng hấp thụ Biết hiệu suất phát quang dung dịch Fluorêxêin 75% Số phần trăm phôtôn bị hấp thụ dẫn đến phát quang dung dịch là:
A 82,7% B 79,6% C 75,0% D 66,8%
Câu 10: Sự phát sáng nguồn không phát quang?
A Đèn ống B Ánh trăng C Đèn LED D Con đom đóm
Câu 11: Chọn câu
A Tia hồng ngoại gây tượng phát quang với số chất khí B Bước sóng ánh sáng lân quang nhỏ bước sóng ánh sáng kính thích C Ánh sáng lân quang tắt sau tắt nguồn sáng kích thích
D Phát quang tượng xảy hấp thụ ánh sáng
Câu 12: Một chất phát quang có khả phát ánh sáng màu vàng lục kích
thích phát sáng Hỏi chiếu vào chất ánh sáng đơn sắc chất phát quang?
A Đỏ B Lục C Vàng D Da cam
Câu 13: Ánh sáng phát quang chất có tần số 6.1014 Hz Hỏi xạ có tần số gây phát quang cho chất đó?