8. Các chữ viết tắt trong đề tài
2.6.1.1. Hiện tượng quang điện
Cơ sở thực nghiệm trực tiếp của thuyết lượng tử ánh sáng là các thí nghiệm về hiện tượng quang điện.
Năm 1887, Hertz nhận thấy rằng nếu chiếu tia tử ngoại vào các quả cầu nổ của một máy dao động thì sự phóng điện sẽ xẩy ra dễ dàng hơn Hertz thí nghiệm như sau: làm một máy dao động có hai quả cầu nổ bằng kẽm. Điều chỉnh khoảng cách giữa hai quả cầu sao cho trong mỗi phút nó phóng điện một vài lần. Chiếu ánh sáng từ một ngọn đèn thủy ngân vào hai quả cầu: sự phóng điện đột nhiên tăng lên. Nếu đặt một tấm thủy tinh dầy giữa đèn thủy ngân và hai quả cầu hoặc nếu che riêng hai quả cầu thì sự phóng điện tăng lên rất ít.
Sau đó Hertz làm thí nghiệm khác: chiếu ánh sáng của một hồ quang vào một tấm kẻm không tích điện, cắm trên một điện nghiệm: lá điện nghiệm lập tức bị xòe ra. Các thí nghiệm trên đưa đến giả thuyết là khi bị ánh sáng bằng ánh sáng tử ngoại, các electron sẽ bị bật từ kẽm ra. Đó là hiện tượng quang điện.
Năm 1888, hiện tượng quang điện đã được Stoletov (Stôlêốp) nghiên cứu cẩn thận. Ông đã thiết lập được nhiều định luật quan trọng của hiện tượng này.
Ta đặt biệt chú ý đến các định luật sau đây:
- Mỗi kiêm loại có một giới hạn quang điện nhất định. Ánh sáng có bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện sẽ không có khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở kiêm loại đó.
- Hiệu điện thế hãm của hiện tượng quang điện chỉ phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất của kiêm loại bị chiếu sáng mà không phụ thuộc cường độ ánh sáng kích thích. Hiệu điện thế hãm là một hiệu điện thế đặt ngược làm sao cho hiện tượng quang điện vừa đúng bị tắt.
Giả sử mỗi electron khi bị bật ra khỏi mặt kim loại có một động năng ban đầu là
2
2
v
m
. Muốn cho nó không bay được từ bản âm đến bản dương, cần phải đặt một hiệu điện thế hãm là Vh sao cho
eVh = -
2
2
v
m
Định luật trên có thể phất biểu cách khác: vận tốc ban đầu của các quang electron chỉ phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất kim loại bị chiếu sáng mà không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng tới.
- hiện tượng quang điện xảy ra gần như tức khắc ngay sau khi cực âm bị chiếu sáng.
Theo thuyết điện từ, dưới tác dụng của ánh sáng tới, các quang electron trong kim loại sẽ bị dao động cưỡng bức. Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số và biên độ sóng kích thích. Nếu biên độ dao động cưỡng bức đủ lớn thì quang electron sẽ bị bắn ra khỏi kim loại. Do đó vận tốc
Trang 52
ban đầu của quang electron phải phụ thuộc biên độ sóng tới (tức là phụ thuộc cường độ ánh sáng kích thích). Tương tự như vậy, bất cứ ánh sáng nào cũng có khả năng gây ra hiện tượng quang điện, nếu nó có cường độ đủ lớn. Hơn nữa, hiện tượng quang điện chỉ xảy ra được sau khi chiếu sáng mặt kim loại trong một thời gian nào đó để các quang electron có thể nhận đủ năng lượng cần thiết. Điều đó trái với kết quả thực nghiệm ở trên.
Vì vậy, hiện tượng quang điện đã bắt ta phải tìm một cách giải thích khác ngoài những lý thuyết cổ điển.