a. Vận dụng của Einstein
Nhà bác học Einstein , người Đức, là người đầu tiên vận dụng thuyết lượng tử để giải thích các định luật quang điện. Ông coi chùm sáng như một chùm hạt và gọi mỗi hạt là một phôtôn. Mỗi phôtôn ứng với một lượng tử ánh sáng.
Theo Einstein, trong hiện tượng quang điện có sự hấp thụ hoàn toàn phôtôn chiếu tới. Mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một êlectron. Đối với các êlectron nằm ngay trên bề mặt kim loại thì phần năng lượng này sẽ được dùng vào hai việc:
- Cung cấp cho electron đó một công Ađể nó thắng được các lực liên kết trong tinh thể và thoát ra ngoài. Công này gọi là công thoát.
- Cung cấp cho êlectron đó một động năng ban đầu. So với động năng ban đầu mà các êlectron nằm ở các lớp sâu thu được khi bị bứt ra thì động năng ban đầu này là cực đại: ε=hf = hc λ =A+ 1 2mv 2 0max (7.2)
Đây là công thức Einstein về hiện tượng quang điện.
Đối với các êlectron nằm ở các lớp sâu bên trong mặt kim loại thi trước khi đến bề mặt kim loại, chúng đã va chạm với các iôn của kim loại và mốt một phần năng lượng. Do đó động năng ban đầu của chúng nhỏ hơn động năng ban đầu cực đại nói ở trên.
b. Giải thích các định luật quang điện
+ Công thức (7.2) cho thấy động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện chỉ phụ thuộc tần sốf ( hay bước sóngλ của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catốt (K) mà không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích. Đó chính là nội dung của định luật quang điện thứ ba.
+ Công thức (7.2) còn cho thấy: nếu năng lượng của phôtôn nhỏ hơn công thoát
A thì nó không thể làm cho êlectron bật ra khỏi catốt và hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra. Ta có: hc λ ≤A ↔ λ≤ hc A Đặt: λ0 = hc A (7.3)
λ0 chính là giới hạn quang điện của kim loại. Bất đẳng thức trên biểu thị định luật quang điện thứ nhất.
+ Cuối cùng ta giải thích định luật quang điện thứ hai như sau: Với các chùm sáng có khả năng gây ra hiện tượng quang điện thì số êlectron quang điện bị bật ra khỏi catốt trong đơn vị thời gian tỉ lệ thuận với số phôtôn đến đập vào mặt catốt trong thời gian đó. Mặt khác, số phôtôn này lại tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng; còn cường độ dòng quang điện bão hoà lại tỉ lệ thuận với số êlectron quang điện bị bật ra khỏi catốt trong đơn vị thời gian. Vì vậy, cường độ của dòng quang điện bão hoà sẽ tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.