Hiện tượng quang điện là gì?
Hiện tượng quang điện là hiện tượng phát ra electron bị đẩy ra khỏi bề mặt kim loại khi nó bị chiếu sáng chiếu đến. Khi ánh sáng chiếu lên bề mặt kim loại, năng lượng của ánh sáng được chuyển đổi thành năng lượng của các electron trong kim loại, và các electron này có thể được phóng ra khỏi bề mặt kim loại.
Quang điện trong là gì?
Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn. Các electron được giải phóng sẽ hình thành các lỗ trống cùng tham gia vào việc dẫn điện. Đối với các electron được giải phóng sẽ tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào việc dẫn điện. Đối với hiện tượng này thì các electron sẽ không bị bật ra ngoài mà chỉ chuyển động trong vật thể bán dẫn.
Hiện tượng quang điện ngoài là gì?
Hiện tượng quang điện ngoài (External photoelectric effect) là hiện tượng khi ánh sáng chiếu lên một vật liệu nào đó, các electron trong vật liệu bị kích thích và có thể bứt ra khỏi bề mặt của vật liệu.
Một số định luật quang điện
Định luật về giới hạn quang điện
Với mỗi kim loại khác nhau, bước sóng của ánh sáng kích thích được kí hiệu (λ) cần phải ngắn hơn hoặc bằng với các giá trị giới hạn quang điện (λ0) thì sẽ xuất hiện các hiện tượng quang điện. Đơn giản hơn thì để điều kiện để hiện tượng quang dẫn xảy ra trong điều kiện λ ≤ λ0.
Gần như các mẫu kim loại như kẽm, đồng, bạc nhôm đều có giới hạn quang điện. Còn với kim loại kiềm thổ, kiềm (natri, kali, canxi,…) thường có λ0 ở trong giới hạn miền ánh sáng thấy rõ nhất.
Định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa
Với mỗi ánh sáng tương ứng (tức là có bước sóng λ ≤ λ0) thì cường độ dòng quang điện ở trạng thái bão hòa sẽ tỉ lệ thuận hoàn toàn với cường độ của các chùm ánh sáng kích thích.
Định luật về động năng cực đại của quang electron
Động năng ban đầu cực đại của các quang electron sẽ không phụ thuộc vào cường độ hoạt động của chùm ánh sáng kích thích. Nó chỉ dựa vào bản chất kim loại và bước sóng ánh sáng kích thích.
Thuyết lượng tử ánh sáng
Giả thuyết Plăng về lượng tử năng lượng
Theo Plăng, năng lượng mà mỗi nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ hoặc phát xạ có giá trị cụ thể nào đó. Nó được gọi là lượng tử năng lượng ánh sáng và được tính bằng: ε = h.f
Trong đó:
- f: Tần số ánh sáng được phát ra hoặc bị hấp thụ.
- h: Hằng số Plăng, h = 6,625.10^-34 J.s
Thuyết lượng tử ánh sáng
Để giải thích cho hiện tượng quang điện, các nhà khoa học đã phát triển thêm thuyết lượng tử ánh sáng dựa vào giả thuyết Plăng. Ông đã đề xuất thuyết lượng tử ánh sáng với nội dung: Ánh sáng được tạo thành từ các hạt photon. Trong chùm ánh sáng đơn sắc, mỗi photon sẽ có năng lượng xác định cụ thể: ε = h.f = h.c/ λ
Trong đó: f là tần số hoạt động của ánh sáng đơn sắc đang xét
c là vận tốc di chuyển của ánh sáng trong chân không
λ là bước sóng của ánh sáng trong chân không
Trong môi trường chân không, các phôtôn bay dọc theo các hoạt động của tia sáng với vận tốc c = 3.10^8 m/s.
Mỗi lần nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ hay phát xạ ánh sáng, cũng tương đương là chúng hấp thụ hoặc phát ra photon trong môi trường. Các photon di chuyển liên tục không thể tồn tại được khi đứng yên.
Định luật giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng
Công thức Anhxtanh xác định về hiện tượng quang điện thuyết lượng tử ánh sáng là: h.f = h.c/λ
Trường hợp xuất hiện thêm các hiện tượng quang điện tức là electron bật ra khỏi bề mặt kim loại thì ta phải cung cấp cho nó một lượng đủ lớn để thắng các lực liên kết. Công này được gọi là công thoát và có ký hiệu A. Như vậy, hiện tượng quang dẫn xảy ra kéo theo công thức xuất hiện:
h.f ≥ A => h.c/λ ≥ A => λ ≤ h.c/A
Ta đặt λ0= h.c/A
Ta được: λ ≤ λ0(với λ0 là giới hạn quang điện với kim loại cần tính)
Những ứng dụng nổi bật của hiện tượng quang điện
Hiện tượng quang điện là hiện tượng phát ra ánh sáng khi một vật được kích thích bởi tia X hoặc electron. Các ứng dụng của hiện tượng quang điện rất phong phú và nổi bật trong các lĩnh vực như:
- Màn hình hiển thị: Các màn hình hiển thị LED (Light Emitting Diode) sử dụng công nghệ quang điện để tạo ra hình ảnh rõ nét và sáng đẹp. LED được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như TV, điện thoại di động, đồng hồ thông minh, máy tính bảng, đèn LED, …
- Viễn thông: Các thiết bị viễn thông như bộ phát tín hiệu quang, đầu đọc quang, máy fax, máy tính và các thiết bị ghi âm sử dụng công nghệ quang điện để truyền tín hiệu qua cáp quang.
- Y tế: Các máy chụp X-quang, máy MRI và các thiết bị y tế khác cũng sử dụng công nghệ quang điện để tạo ra hình ảnh rõ nét của cơ thể con người. Các máy chụp X-quang và máy MRI sử dụng các cảm biến quang để thu thập thông tin về các khu vực trong cơ thể và chuyển đổi thành hình ảnh.
- Công nghiệp: Các thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, độ cao và các thông số khác của môi trường sử dụng cảm biến quang điện để thu thập thông tin và truyền về cho hệ thống điều khiển.
- Năng lượng: Các thiết bị lưu trữ năng lượng như pin năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ quang điện để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Các thiết bị này được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho các thiết bị di động và các thiết bị khác.
