Hóa Lí căn bản - Phần 15

GIẢI THÍCH HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN CỦA EINSTEIN

Vào năm 1905, Albert Einstein, người nhận giải Nobel cho công trình nghiên cứu của ông về photon, đã giải thích hiện tượng quang điện bằng cách áp dụng thuyết lượng tử ánh sáng.

(1) Một photon ánh sáng tới truyền năng lượng của nó (hn) cho một electron trên bề mặt kim loại thoát ra với động năng ½ mv². Cường độ ánh sáng càng lớn chỉ có nghĩa là số lượng photon tới càng nhiều để mỗi photon giải phóng một electron. Cường độ ánh sáng lớn làm tăng tốc độ phát xạ electron, còn động năng của từng photon vẫn không bị ảnh hưởng.

(2) Để giải phóng một electron khỏi bề mặt kim loại, photon tới trước tiên phải thắng được lực hút tác dụng bởi ion dương của kim loại. Năng lượng của một photon (hn) tỉ lệ thuận với tần số của ánh sáng tới. Tần số cung cấp vừa đủ năng lượng để giải phóng electron khỏi bề mặt kim loại sẽ là tần số ngưỡng, ν₀. Với tần số nhỏ hơn ν₀, không có electron nào được phát ra.

Hình 1.23
Cần một photon (hν) để giải phóng một electron với động năng ½ mv².

Với các tần số cao, ν > ν₀, một phần năng lượng dành để phóng thích electron, phần còn lại truyền thành động năng của quang electron. Như vậy,

hν = hν₀ + ½ mv²

Trong đó hn là năng lượng của photon tới, hn₀ là năng lượng tối thiểu để một electron thoát khỏi kim loại, và ½ mv² là động năng của quang electron. hν₀ là một hằng số đối với một chất rắn nhất định và được kí hiệu là W, công thoát. Sắp xếp lại phương trình (1)

½ mv² = hν – W

Đây là phương trình cho đường thẳng thu được bằng thực nghiệm trên Hình 1.22. Độ dốc của nó bằng h, hằng số Planck. Giá trị của h được tìm thấy bằng với giá trị mà Planck đã nêu ra.

BÀI TẬP GIẢI SẴN. Tính năng lượng tối thiểu mà mỗi photon phải có để tạo ra hiệu ứng quang điện với kim loại platinum. Biết tần số ngưỡng đối với platinum là 1,3 × 10¹⁵ s^-1.

GIẢI

Tần số ngưỡng (ν₀) là tần số thấp nhất mà các photon có thể có để tạo ra hiệu ứng quang điện. Năng lượng ứng với tần số này là năng lượng tối thiểu (E):

E = hν₀

= (6,625 × 10 ^{– 27} erg.s)(1,3 × 10¹⁵ s^-1)

   = 8,6 × 10 ^{– 12} erg

BÀI TẬP GIẢI SẴN. Tính động năng của một electron được giải phóng từ bề mặt kim loại potassium (công thoát = 3,62 × 10 ^{– 12} erg) bởi ánh sáng bước sóng 5,5 × 10 ^{– 8} cm.

GIẢI

Đã biết:

ν = c/λ, trong đó c = vận tốc ánh sáng (3,0 × 10¹⁰ cm s^-1)

λ = 5,5 × 10 ^{– 8} cm

Ta có:

Như vậy, electron sẽ được phát ra với động năng 3,63 × 10 ^{– 9} erg.

Hóa Lí Căn Bản - Arun Bahl, B.S. Bahl, G.D. Tuli
Phần tiếp theo >>