CHƯƠNG. LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT GV: LÊ ĐÌNH HỒNG I. Hiện tượng quang điện 1. Định nghĩa: Hiện tượng quang điện là hiện tượng các electrôn bị bứt ra khỏi mặt kim loại, khi chiếu vào kim loại đó ánh sáng có bước sóng thích hợp. 2. Các công thức a. Năng lượng của phôtôn ( lượng tử ánh sáng ) ε = hf = λ hc (J) f, λ là tần số và bước sóng của bức xạ đơn sắc. h = 6,625 .10 -34 J.s là hằng số Plank . c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không . b. Công thức Anhxtanh ( Einstein) 2 0 2 1 mvA += ε (J) với A (J) là công thoát của electron khỏi kim loại v o (m/s) là vận tốc ban đầu cực đại của quang electrôn. m = 9,1 .10 -31 kg là khối lượng của electrôn , 1eV = 1,6 .10 -19 J . 2 max 2 1 od mvE = (J) là động năng ban đầu cực đại của quang electron. c. Giới hạn quang điện: Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện là λ ≤ λ o với A hc = 0 λ d. Hiệu điện thế hãm U h : là hiệu điện thế giữa hai đầu anốt và catốt để làm dòng quang điện bắt đầu triệt tiêu. 2 2 1 . oh mvUe = với e = -1,6 .10 -19 C là điện tích của electrôn . Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu : U AK ≤ U h * Chú ý : có một số tài liệu qui ước U h = U AK > 0 e . Công suất của nguồn sáng P = N λ .ε với N λ là số phôtôn ứng với bức xạ λ phát ra trong 1 s . f . Cường độ dòng quang điện bão hoà I bh = t q = n e. e với n e là số e - đến anốt trong 1s . g . Hiệu suất lượng tử H = λ N n e * Chú ý: Đối với tia Rơnghen min max 2 2 1 λ hc hfmveU AK === Với : U AK là hiệu điện thế giữa 2 đầu anốt và catốt của ống rơnghen . f max là tần số lớn nhất của tia rơnghen mà ống có thể phát ra . λ min là bước sóng nhỏ nhất của tia rơnghen mà ống có thể phát ra . E đ = 2 2 1 mv là động năng của e - khi tới được đối âm cực . II. Hiện tượng quang điện trong 1. Định nghĩa: là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electrôn liên kết để cho chúng trở thành các electrôn dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự do. 2. Chất quang dẫn: là chất bán dẫn có tính chất cách điện khi không bị chiếu ánh sáng và trở thành dẫn điện khi bị chiếu sáng. U h O U AK I I bh2 I bh1 2 1 * Quang điện trở: là điện trở làm bằng chất quang dẫn có điện trở thay đổi được (tăng hoặc giảm) nhờ thay đổi cường độ chùm sáng chiếu vào nó yếu hay mạnh. * Pin quang điện : Pin quang điện là một nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện bên trong xảy ra trong một chất bán dẫn. III . Hiện tượng quang – phát quang 1. Định nghĩa: là sự hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác. 2. Huỳnh quang và lân quang * Huỳnh quang: là sự phát quang của các chất lỏng và khí có đặc điểm là ánh sáng phát quang tắt rất nhanh sau khi tắt ánh sáng kích thích. Anh sáng huỳnh quang có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích (Định luật Xtốc) * Lân quang: là sự phát quang của các chất rắn có thể kéo dài một khoảng thời gian nào đó sau khi tắt ánh sáng kích thích. IV . Tiên đề Bo – Phổ nguyên tử Hiđrô 1. Hai tiên đề Bo a.Tiên đề về các trạng thái dừng Nguyên tử chỉ tồn tại ở trạng thái có mức năng lượng xác định gọi là các trạng thái dừng. Ở các trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ . b. Tiên đề về bức xạ hay hấp thụ năng lượng của nguyên tử Khi nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng E m sang trạng thái dừng có năng lượng E n (với E n > E m ) thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu E m – E n : ε = hf mn = mn hc λ = E m – E n Với : f mn và λ mn là tần số và bước sóng ứng với bức xạ phát ra . Ngược lai, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có mức năng lượng thấp E n mà hấp thụ được 1 phôtôn có năng lượng hf mn thì chuyển lên trạng thái dừng có mức năng lượng cao hơn E m . * Hệ quả của tiên đề Bo Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, e - chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quĩ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quĩ đạo dừng . 2. Quang phổ vạch của nguyên tử Hiđrô: đối với nguyên tử hiđrô, bán kính các quĩ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương các số nguyên liên tiếp : Tên quĩ đạo : K L M N O P …. Bán kính : r 0 4 r 0 9 r 0 16 r 0 25 r 0 36 r 0 …. Mức năng lượng : E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 …. r n = r 0 n 2 với n = 1 , 2, 3, … , ∞ và r 0 = 5,3 .10 -11 m là bán kính Bo và 2 0 n E E n −= với E 0 = 13,6 eV . a. Dãy Laiman ( Lyman ): Phát ra các vạch trong miền tử ngoại. Các e - ở các mức năng lượng cao (n = 2, 3, … , ∞ ứng với các quĩ đạo tương ứng L , M , N , … ) nhảy về mức cơ bản ( ứng với quĩ đạo K ) . b. Dãy Banme ( Balmer ): Phát ra các vạch phổ một phần trong miền tử ngoại và 4 vạch phổ trong miền khả kiến ( thấy được ) đỏ H α , lam H β , chàm H γ và tím H δ . Các e - ở các mức năng lượng cao ( n = 3, 4 , 5 , … , ∞ ứng với các quĩ đạo tương ứng M , N , O,…) nhảy về mức hai ( ứng với quĩ đạo L ) . c. Dãy Pasen ( Paschen ): Phát ra các vạch phổ trong vùng hồng ngoại. Các e - ở các mức năng lượng cao (n = 4 , 5 , 6 , … , ∞ ứng với các quĩ đạo tương ứng N, O, P, .…) nhảy về mức thứ ba ( ứng với quĩ đạo M ) . V. Laze 1. Định nghĩa: Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng. Chùm sáng do laze phát ra có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp cao và cường độ lớn. 2. Các loại laze: có ba loại chính là laze khí, laze lỏng và laze rắn. 3. Ứng dụng: dùng trong y học, trong thông tin liên lạc, trong công nghiệp, trong trắc địa, trong các đầu đọc đĩa CD, bút chì bảng, … K L M N O P 1 2 345 1 2 3 Laiman Banme Pasen H α H β H γ H δ . đặc điểm là ánh sáng phát quang tắt rất nhanh sau khi tắt ánh sáng kích thích. Anh sáng huỳnh quang có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích. ra trong một chất bán dẫn. III . Hiện tượng quang – phát quang 1. Định nghĩa: là sự hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác.