IV. CÂU HỎI LÍ THUYẾT
a. Phương trỡnh Einstein
Khi cú một chựm ỏnh sỏng thớch hợp rọi đến catốt, cỏc electrụn tự do trong kim loại hấp thụ phụtụn. Mỗi electrụn hấp thụ một phụtụn và sẽ nhận được một
* Khi UAK= 0 cường độ dũng quang
điện vẫn cú giỏ trị . Điều đú chứng tỏ quang electrụn bắn ra đó cú sẵn một động năng ban đầu.
* Để triệt tiờu dũng quang điện ta phải đặt lờn A-K một hiệu điện thế ngược
Uc sao cho cụng cản của điện trường ớt
nhất phải bằng động năng ban đầu cực đại của cỏc electrụn bị bứt khỏi bản K, nghĩa là:
Hỡnh 2-5. Đồ thị I- V
năng lượng bằng h. Năng lượng này một phần chuyển thành cụng thoỏt A th electrụn ra khỏi kim loại, phần cũn lại chuyển thành động năng ban đầu của quang electrụn. Động năng ban đầu càng lớn khi electrụn càng ở gần mặt ngoài kim loại, vỡ đối với cỏc electrụn ở sõu trong kim loại, một phần năng lượng mà nú hấp thụ được của phụtụn sẽ bị tiờu hao trong quỏ trỡnh chuyển động từ trong ra mặt ngoài kim loại. Như vậy động năng ban đầu sẽ cực đại đối với cỏc electrụn ở sỏt mặt ngoài kim loại. Theo định luật bảo toàn năng lượng, Einstein đó đưa ra phương trỡnh cho hiệu ứng quang điện
(2-18) Phương trỡnh này được gọi là phương trỡnh Einstein.
b. Định luật về giới hạn quang điện
Phỏt biểu: Đối với mỗi kim loại xỏc định, hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi
bước súng (hay tần số ) của chựm bức xạ điện từ rọi tới nhỏ hơn (lớn hơn) một giỏ trị xỏc định ( ), gọi là giới hạn quang điện của kim loại đú.
Giới hạn quang điện phụ thuộc vào bản chất của kim loại làm catốt. Định luật này núi lờn điều kiện cần để cú thể xảy ra hiện tượng quang điện. Ở đõy cần nhấn mạnh rằng, nếu chựm sỏng tới cú bước súng thỡ dự cường độ sỏng rất mạnh, nú cũng khụng thể gõy ra hiện tượng quang điện.
Giải thớch: Trong phương trỡnh Einstein (6-15), vỡ >
Nghĩa là chựm ỏnh sỏng gõy ra hiệu ứng quang điện phải cú bước súng λ
nhỏ hơn một giỏ trị xỏc định λo= hc/Ath ( ). λo chớnh là giới hạn quang điện
và rừ ràng nú chỉ phụ thuộc vào cụng thoỏt Ath, tức là phụ thuộc vào bản chất
kim loại làm catốt.
c. Định luật về dũng quang điện bóo hoà
Phỏt biểu: Cường độ dũng quang điện bóo hoà tỉ lệ với cường độ của chựm bức
xạ rọi tới.
Giải thớch: Cường độ dũng quang điện tỉ lệ với số quang electrụn thoỏt ra khỏi catốt đến anốt trong một đơn vị thời gian. Dũng quang điện trở nờn bóo hoà khi số quang electrụn thoỏt khỏi catốt đến anốt trong đơn vị thời gian là khụng đổi. Số quang electrụn thoỏt ra khỏi catốt tỉ lệ với số phụtụn bị hấp thụ. Số phụtụn bị hấp thụ lại tỉ lệ với cường độ của chựm bức xạ. Do đú cường độ dũng quang điện bóo hoà tỉ lệ thuận với cường độ chựm bức xạ rọi tới.
Ne ~ Nph , Nph ~ Iph N e ~ Iph Ibh ~ Ne I bh ~ Iph
d. Định luật về động năng ban đầu cực đại của quang electrụn
cường độ chựm bức xạ rọi tới mà chỉ phụ thuộc vào tần số của chựm bức xạ đú.
Giải thớch:
Ta thấy rừ động năng ban đầu cực đại của quang electrụn chỉ phụ thuộc vào tần số của chựm bức xạ điện từ, mà khụng phụ thuộc vào cường độ của bức xạ đú.
Thuyết phụtụn đó giải thớch được tất cả cỏc định luật quang điện, nú đó đưa ra một quan niệm mới về bản chất ỏnh sỏng. Theo Einstein, mỗi phụtụn cú một năng lượng ε = hν. Tớnh chất hạt thể hiện ở năng lượng ε giỏn đoạn. Tớnh chất súng thể hiện ở tần số ν (và bước súng λ) của ỏnh sỏng. Như vậy ỏnh sỏng vừa cú tớnh súng, vừa cú tớnh hạt. Ta núi rằng ỏnh sỏng cú lưỡng tớnh súng-hạt.
2.3. TÍNH SểNG HẠT CỦA VẬT CHẤT TRONG THẾ GIỚI VI Mễ1. Lưỡng tớnh súng hạt của ỏnh sỏng 1. Lưỡng tớnh súng hạt của ỏnh sỏng
Như chương trước chỳng ta thấy ỏnh sỏng vừa cú tớnh súng vừa cú tớnh hạt: hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ thể hiện tớnh chất súng, cũn hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton thể hiện tớnh chất hạt của ỏnh
sỏng. Lưỡng tớnh súng hạt của ỏnh sỏng được Einstein nờu trong thuyết phụtụn: ỏnh sỏng được cấu tạo bởi cỏc hạt phụtụn, mỗi hạt mang năng lượng và động
lượng . Ta thấy cỏc
đại lượng đặc trưng cho tớnh chất hạt (E,p) và cỏc đại lượng đặc trưng cho tớnh chất súng ( ) liờn hệ trực tiếp với nhau. Chỳng ta sẽ thiết
Hỡnh 2-6. Sự truyền súng phẳng ỏnh sỏng
lập hàm súng cho hạt phụtụn.
Xột chựm ỏnh sỏng đơn sắc, song song. Mặt súng là cỏc mặt phẳng vuụng gúc với phương truyền súng. Nếu dao động sỏng tại O là
(2-19)
thỡ biểu thức dao động sỏng tại mọi điểm trờn mặt súng đi qua điểm M cỏch mặt súng đi qua O một đoạn d là:
trong đú c là vận tốc ỏnh sỏng trong chõn khụng, λ là bước súng ỏnh sỏng trong chõn khụng:
với T là chu kỡ , ν là tần số của súng ỏnh sỏng. Từ hỡnh 7-1 ta cú: (2-21)
: vectơ phỏp tuyến đơn vị. Thay (2-21) vào (2-20) ta nhận được: (2-22)
Đú là hàm súng phẳng đơn sắc. Sử dụng kớ hiệu ψ cho hàm súng và biểu diễn nú dưới dạng hàm phức ta cú
(2-23)
Nếu thay , và vào (2-24) ta được:
)( ( exp 0 i Et pr (2-25)