Hiện tượng quang điện ngoài

Hiện tượng quang điện ngoài vật lý 12

Hiện tượng quang điện ngoài là một trong những nội dung quan trọng của chương lượng tử ánh sáng trong Vật lý 12. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ bản chất hiện tượng và cách vận dụng nhanh vào bài tập ôn thi THPT Quốc gia.

A. Hiện tượng quang điện

Hiện tượng quang điện là hiệu ứng bắn ra các electron từ một tấm kin loại khi rọi vào tấm kim loại đó một bức xạ điện từ thích hợp; các electron bắn ra được gọi là các quang electron (hay các electron quang điện).

B. Thí nghiệm hiện tượng quang điện ngoài

Hiện tượng quang điện lần đầu tiên được quan sát bởi Alexandre Edmond Becquerel vào năm 1839 với một điện cực được nhúng trong dung dịch dẫn điện được chiếu sáng. Tuy nhiên, vào năm 1887 thông qua thí nghiệm quan sát hiện tượng quang điện ngoài của kim loại. Heỉnich Hertz và sau này là Aleksandr Grigorievich Stoletov mới tiến hành nghiên cứu một cách tỉ mỉ và xây dựng nên các định luật quang điện.

Thí nghiệm của Hertz gồm một tấm kẽm tích điện âm được gắn vào cần của một tĩnh điện kế. Ban đầu kim điện kế lệch một góc nào đó, chiếu một chùm sáng do hồ quang phát ra vào tấm kẽm thì góc lệch của tĩnh điện kế giảm. Thay kẽm bằng kim loại khác, hiện tượng tương tự cũng xảy ra.Từ thực nghiệm không phải ánh sáng nào chiếu vào cũng xảy ra hiện tượng trên mà chỉ có ánh sáng với bước sóng thoả mãn điều kiện nhất định. Đây chính là cơ sở định luật về giới hạn quang điện.

Ta có thể nghiên cứu thực nghiệm hiện tượng quang điện bằng một sơ đồ thí nghiệm bố trí trên hình vẽ, trong đó phần tử chủ yếu là một tế bào quang điện; đó là môt bình chân không nhỏ trong đó có hai điện cực là anot A và catot K, anot là một vòng kim loại, còn catot có dạng một chỏm cầu làm bằng kim loại (mà ta cần nghiên cứu) phủ ở thành trong của tế bào.

Khi rọi một chùm bức xạ điện từ thích hợp vào catot của tế bào quang điện thì trong mạch xuất hiện dòng điện, gọi là dòng quang điện, phát hiện nhờ điện kế G. Thay đổi hiệu điện thế U giữa anot và catot ta có đường đặc trưng Vôn – Ampe như trên hình vẽ.

Theo đồ thị ta nhận thấy:

a) Ban đầu cường độ dòng quang điện tăng theo hiệu điện thế U; khi tăng đến một mức dộ nào đó cường dộ dòng quang điện đạt tới một giá trị không đổi gọi là cường độ dòng quang điện bão hòa.

b) Ngay khi hiệu điện thế U = 0, cường độ dòng quang điện vẫn có giá trị I₀ ≠ 0.

Điều này chứng tỏ rằng các quang electron khi bắn ra khỏi catot đã có sẵn động năng ban đầu .

c) Có thể làm cho dòng quang điện bằng không (triệt tiêu dòng quang điện) bằng cách đặt vào hai điện cực của tế bào quang điện một hiệu điện thế âm (gọi là hiệu điện thế hãm) U_h có giá trị sao cho công cản của điện trường bằng động năng ban đầu cực đại của quang electron:

C. Các định luật quang điện

Các kết quả thực nghiệm về hiện tượng quang điện được thể hiện trong ba định luật sau đây:

Định luật quang điện thứ nhất

Đối với mỗi kim loại dùng làm catot có một bước sóng giới hạn λ₀ nhất định, gọi là giới hạn quang điện. Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng λ của ánh sáng kích thích nhỏ hơn giới hạn quang điện (λ ≤ λ₀)

Định luật quang điện thứ hai

Với ánh sáng kích thích có bước sóng thỏa mãn định luật quang điện thứ nhất thì cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.

Định luật quang điện thứ ba

Động năng ban đầu cực đại của các quang electron không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất kim loại dùng làm catot.

----------------------------------------

Nắm vững hiện tượng quang điện ngoài sẽ giúp bạn giải nhanh các câu hỏi lý thuyết và bài tập liên quan đến ánh sáng và electron. Đây là phần kiến thức trọng tâm giúp bạn nâng cao điểm số trong kỳ thi.