Thuyết photon của Einstein

Thuyết photon của Einstein vật lý 12 lý thuyết và công thức đầy đủ

Thuyết photon của ánh sáng do Einstein đề xuất là nền tảng quan trọng trong chương lượng tử ánh sáng của Vật lý 12. Bài viết này giúp bạn hiểu rõ bản chất, công thức và cách vận dụng nhanh vào bài tập ôn thi THPT Quốc gia.

Hiện tượng quang điện cùng với các định luật của nó được Herzt và Stoletov tìm ra từ cuối thế kỷ XIX đã không thể giải thích được bằng thuyết điện từ về ánh sáng.

Thuyết lượng tử của Planck đã nêu lên được quan điểm hiện đại về năng lượng: năng lượng điện từ phát xạ hay hấp thụ có những giá trị gián đoạn, chúng luôn luôn là bội số nguyên của lượng tử năng lượng ε, ta nói rằng năng lượng điện từ phát xạ hay hấp thụ bị lượng tử hóa. Nhưng thuyết lượng tử của Planck chưa nêu lên bản chất gián đoạn của bức xạ điện từ. Đến năm 1905, Einstein dựa trên thuyết lượng tử về năng lượng của Planck đã nêu lên thuyết lượng tử ánh sáng (photon) có nội dung sau:

Giải thích các định luật quang điện

Chỉ có trên cơ sở thuyết photon của Einstein ta mới có thể giải thích được thấu đáo bản chất và các định luật của hiện tượng quang điện.

Như ta đã biết electron (tự do) trong kim loại muốn thoát ra ngoài kim loại phải có năng lượng ít nhất bằng công thoát A của electron đối với kim loại đó. Bình thường động năng trung bình của chuyển động nhiệt của các electron đều nhỏ hơn A. Tuy nhiên khi có bức xạ điện từ thích hợp dọi tới mặt kim loại, các electron trong kim loại sẽ hấp thụ photon. Mối electron hấp thụ một photon, do đó được truyền thêm một năng lượng bằng ε = h.ν. Năng lượng này một phần chuyển thành công thoát A và phần còn lại chuyển thành động năng ban đầu của quang electron; động năng ban đầu này càng lớn khi electron càng gần mặt ngoài kim loại, và kết quả là động năng ban đầu sẽ cực đại đối với các quang electron ở sát mặt ngoài kim loại. Đối với các quang electron này theo định luật bảo toàn năng lượng a có:

(2.3)

Hay (2.4)

Các công thức (2.3), (2.4) được gọi là công thức Einstein, là công thức cơ bản của hiện tượng quang điện.

Trên cơ sở công thức Einstein ta có thể giải thích 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).

Giải thích định luật quang điện thứ nhất

Theo (2.4), vì nên:

Đặt (1.5), ta có: , hay

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.

Giải thích định luật quang điện thứ hai

Dòng quang điện trở nên bão hòa khi số quang electron thoát khỏi catot đến anot trong một đơn vị thời gian là không đổi. Nhưng số quang electron thoát khỏi bề mặt catot tỷ lệ với số photon bị hấp thụ; số này lại tỷ lệ với cường độ của chùm bức xạ dọi tới.

🔍 Để thuận tiện cho việc học tập và lưu trữ, mời bạn tải tài liệu tham khảo bên dưới.

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

Nắm vững thuyết photon của Einstein sẽ giúp bạn giải thích nhiều hiện tượng vật lý hiện đại và xử lý nhanh các dạng bài tập liên quan. Đây là kiến thức then chốt giúp bạn đạt điểm cao trong kỳ thi.