I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN (NGOÀI) 1. Thí ghiệm của Héc về hiệ tượg quag điệ LÝ THUYẾT CƠ BẢN CHƯƠNG LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG - Năm 1887, Héc đã chiếu một chùm ság do hồ quag phát ra vào tấm kẽm tích điệ âm gắ vào cầ của một tĩh điệ kế, thì thấy góc lệch của kim tĩh điệ kế giảm đi. Thay kẽm bằg kim loại khác, hiệ tượg xảy ra tươg tự. - Kết quả: Áh ság hồ quag đã làm bật electro ra khỏi bề mặt tấm kẽm tích điệ âm.. Hiệ tượg quag điệ Hiệ tượg áh ság làm bật các electro ra khỏi mặt kim loại gọi là hiệ tượg quag điệ goài (gọi tắt là hiệ tượg quag điệ). Các electro bật ra được gọi là các electro quag điệ, hay quag electro. 3. Các địh luật quag điệ - Địh luật quag điệ thứ hất (địh luật về giới hạ quag điệ): Đối với mỗi kim loại áh ság kích thích phải có bước sóg hỏ hơ hoặc bằg giới hạ quag điệ 0 của kim loại đó, mới gây ra được hiệ tượg quag điệ: 0. - Địh luật quag điệ thứ hai (địh luật về cườg độ dòg quag điệ bão hòa): Đối với mỗi áh ság thích hợp (có 0 ), cườg độ dòg quag điệ bão hòa tỉ lệ thuậ với cườg độ chùm áh ság kích thích. - Địh luật quag điệ thứ ba (địh luật về độg ăg cực đại của quag electro): Độg ăg ba đầu cực đại của quag electro khôg phụ thuộc vào cườg độ của chùm ság kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóg áh ság kích thích và bả chất kim loại. II. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG (THUYẾT PHOTON) Thuyết sóg điệ từ về áh ság khôg giải thích được địh luật về giới hạ quag điệ ê cầ phải có thuyết mới phù hợp. 1. Giả thuyết Plăg - Năm 1900, Plăg đã đề xướg giả thuyết về lượg tử ăg lượg. - Lượg ăg lượg mà mỗi lầ một guyê tử hay phâ tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoà toà xác địh, gọi là lượg tử ăg lượg. Lượg tử ăg lượg, kí hiệu là, có giá trị bằg: hf. Trog đó: + f : tầ số của áh ság bị hấp thụ hay được phát ra. + h : là một hằg số, gọi là hằg số Plăg. h 34 6,65.10. J s Chú ý + Năg lượg của mỗi photo rất hỏ. Một chùm ság dù yếu cũg chứa rất hiều photo do rất hiều guyê tử, phâ tử phát ra. Vì vậy, ta hì thấy chùm ság liê tục. + Photo chỉ tồ tại trog trạg thái chuyể độg. Khôg có photo đứg yê. Trag 1
. Thuyết lượg tử áh ság. Photo - Chùm áh ság là chùm các photo (các lượg tử áh ság). Mỗi photo có ăg lượg xác địh (ăg lượg của 1 photo hf J tỉ lệ với số photo phát ra trog 1 giây., f là tầ số của sóg áh ság đơ sắc tươg ứg). Cườg độ chùm ság - Phâ tử, guyê tử, electro... phát xạ hay hấp thụ áh ság, ghĩa là chúg phát xạ hay hấp thụ photo. - Các photo bay dọc theo tia ság với tốc độ III. GIẢI THÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 1. Côg thức Ah-xtah về hiệ tượg quag điệ hc 1 hf A mv 0max Trog đó: : bước sóg áh ság kích thích. (m) A: côg thoát của kim loại. (J) v 0max : Vậ tốc ba đầu cực đại của quag electro. (m/s). Giải thích địh luật quag điệ thứ hất c 8 3.10 m / s trog châ khôg. Ahxtah cho rằg, hiệ tượg quag điệ xảy ra là do electro trog kim loại hấp thụ photo của áh ság kích thích. Mỗi photo bị hấp thụ sẽ truyề toà bộ ăg lượg của ó cho một electro. Muố electro bứt ra khỏi bề mặt kim loại thì ăg lượg phải lớ ho hoặc bằg côg thoát của kim loại, tức là c hc A h A 0 A hc Với 0 là giới hạ quag điệ. A 3. Giải thích địh luật quag điệ thứ hai Cườg độ dòg quag điệ bão hòa tỉ lệ thuậ với số quag electro bứt ra khỏi catot trog một đơ vị thời gia. Với các chùm ság có khả ăg gây ra hiệ tượg quag điệ thì: Số quag electro bị bật ra khỏi mặt catot trog một đơ vị thời gia lại tỉ lệ thuậ với số photo đế đập vào mặt catot trog thời gia đó. Số photo ày tỉ lệ với cườg độ của chùm ság tới. Vậy cườg độ dòg điệ bão hòa tỉ lệ thuậ với cườg độ của chùm ság kích thích. 4. Giải thích địh luật quag điệ thứ ba Từ côg thức Ahxtah về hiệ tượg quag điệ, suy ra độg ăg ba đầu cực đại của quag electro là: 1 mv Nhậ xét 0max hc hc hc A 0 Độg ăg ba đầu cực đại của quag electro chỉ phụ thuộc vào bước sóg của áh ság kích thích và bả chất kim loại. 5. Lưỡg tíh sóg - hạt của áh ság - Áh ság vừa có tíh chất sóg, vừa có tíh chất hạt. Ta ói áh ság có lưỡg tíh sóg - hạt. Trag
- Trog mỗi hiệ tượg, áh ság thườg thể hiệ rõ một trog hai tíh chất trê. Khi tíh chất sóg thể hiệ rõ thì tíh chất hạt lại mờ hạt, và gược lại. - Hiệ tượg quag điệ là bằg chứg thực ghiệm qua trọg khẳg địh áh ság có tíh chất sóg. - Hiệ tượg quag điệ là bằg chứg qua trọg chứg tỏ áh ság có tíh chất hạt. - Sóg điệ từ có bước sóg càg gắ, photo có ăg lượg càg lớ thì tíh chất hạt thể hiệ càg rõ, hư ở hiệ tượg quag điệ, ở khả ăg đâm xuyê, khả ăg phát quag..., cò tíh chất sóg càg mờ hạt. Trái lại, sóg điệ từ có bước sóg càg dài, photo ứg với ó có ăg lượg càg hỏ, thì tíh chất sóg lại thể hiệ rõ hơ hư ở hiệ tượg giao thoa, hiễu xạ, tá sắc,..., cò tíh chất hạt thì mờ hạt. IV. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 1. Chất quag dẫ Chất quag dẫ là hữg chất bá dẫ, dẫ điệ kém khi khôg bị chiếu ság và dẫ điệ tốt khi bị chiếu ság thích hợp.. Hiệ tượg quag điệ trog Hiệ tuợg áh ság giải phóg các electro liê kết để chúg trở thàh các electro dẫ đồg thời tạo ra các lỗ trốg cùg tham gia vào quá trìh dẫ điệ, gọi là hiệ tượg quag điệ trog. 3. Quag điệ trở Được chế tạo dựa trê hiệu ứg quag điệ trog. Đó là một tấm bá dẫ có giá trị điệ trở thay đổi khi cườg độ độ chùm áh ság chiếu vào ó thích hợp. 4. Pi quag điệ Pi quag điệ là guồ điệ trog đó quag ăg được biế đổi trực tiếp thàh điệ ăg. Hoạt độg của pi dựa trê hiệ tượg quag điệ trog của một số chất bá dẫ (đồg oxit, sele, silic,...). Suất điệ độg của pi thườg có giá trị từ 0,5 V đế 0,8 V. Pi quag điệ (pi Mặt Trời) đã trở thàh guồ cug cấp điệ cho các vùg sâu vùg xa, trê các vệ tih hâ tạo, co tàu vũ trụ, trog các máy đo áh ság, máy tíh bỏ túi V. SO SÁNH HIỆN TUỢNG QUANG BIỆN NGOÀI VÀ QUANG ĐIỆN TRONG - Hiệ tượg quag điệ goài có sự bứt các electro ra khỏi khối chất, cò hiệ tượg quag điệ trog chỉ bứt các electro liê kết thàh electro dẫ gay trog khối chất đó. - Năg lượg cầ thiết để bứt electro ra khỏi liê kết trog bá dẫ khá hỏ so với côg thoát của electro khỏi kim loại, ê giới hạ quag điệ trog lớ hơ giới hạ quag điệ goài VI. HIỆN TƯỢNG QUANG - PHÁT QUANG 1. Sự phát quag Có một số chất khi hấp thụ ăg lượg dưới một dạg ào đó, thì có khả ăg phát ra các bức xạ điệ từ trog miề áh ság hì thấy. Các hiệ tượg đó gọi là sự phát quag. Mỗi chất phát quag có một quag phổ đặc trưg cho ó.. Địh luật Xtốc về sự phát quag Áh ság phát quag có bước sóg dài hơ bước sóg của áh ság kích thích : Trag 3 kt kt
3. Ứg dụg của hiệ tượg phát quag Sử dụg trog các đè ốg để thắp ság, trog các mà hìh của dao độg kí điệ tử, tivi, máy tíh. Sử dụg sơ phát quag quét trê các biể báo giao thôg. VII. MẪU NGUYÊN TỬ Bo 1. Tiê đề về trạg thái dừg - Nguyê tử chỉ tồ tại trog một số trạg thái có ăg lượg xác địh, gọi là các trạg thái dừg. Khi ở trạg thái dừg, guyê tử khôg bức xạ. - Trog các trạg thái dừg của guyê tử, electro chuyể độg quah hạt hâ trê hữg quỹ đạo có bá kíh hoà toà xác địh gọi là quỹ đạo dừg. - Côg thức tíh quỹ đạo dừg của electro trog guyê tử hyđrô r0 5,3.10 11 m, gọi là bá kíh Bo. r, với là số guyê và. r0 1 3 4 5 6... Tê K L M N O P... 13,6 - Năg lượg electro trog guyê tử hiđrô: ( ev ), với là số tự hiê dươg. - Bìh thườg, guyê tử ở trạg thái dừg có ăg lượg thấp hất, gọi là trạg thái cơ bả. Khi hấp thụ ăg lượg thì guyê tử chuyể lê các trạg thái dừg có ăg lượg cao hơ, gọi là trạg thái kích 8 thích. Thời gia guyê tử ở trạg thái kích thích rất gắ (cỡ 10 s ). Sau đó guyê tử chuyể về trạg thái dừg có ăg lượg thấp hơ và cuối cùg về trạg thái cơ bả.. Tiê đề vế sự bức xạ và hấp thụ ăg lượg của guyê tử - Khi guyê tử chuyể từ trạg thái dừg có ăg lượg sag trạg thái dừg có ăg lượg hơ thì guyê tử phát ra một phôtô có ăg lượg: m hf hỏ - Ngược lại, ếu guyê tử ở trạg thái dừg có ăg lượg m mà hấp thụ được một phôtô có ăg lượg hf đúg bằg hiệu - Sự chuyể từ trạg thái dừg m sag trạg thái dừg m thì ó chuyể sag trạg thái dừg có ăg lượg có bá kíh r m sag quỹ đạo dừg có bá kíh r và gược lại. VIII. QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUVÊN TỬ HIĐRÔ 1. Đặc điểm của quag phổ hiđrô - Nó là quag phổ vạch. lớ hơ. ứg với sự hảy của electro từ quỹ đạo dừg - Các vạch của quag phổ tạo thàh các dãy khác hau trog các vùg áh ság khác hau. + Dãy Lai-ma (Lyma): gồm các vạch trog miề tử goại. + Dãy Ba-me (Balmer): gồm các vạch ằm trog miề tử goại và một số vạch ằm trog miề áh ság hì thấy: vạch đỏ, vạch lam, vạch chàm, vạch tím. + Dãy Pa-se (Pasche): gồm các vạch ằm trog miề hồg goại. Trag 4
- Bìh thườg, các guyê tử hidrô ở trạg thái cơ bả. Khi hậ được ăg lượg kích thích, chúg chuvể lê các trạg thái kích thích khác hau. Khi chuyể về trạg thái cơ bả, chúg sẽ phát ra các phôtô ăg lượg quy địh bởi tiê đề về sự bức xạ và hấp thụ ăg lượg của guyê tử. - Mỗi phôtô ứg với một sóg điệ từ có tầ số hay bước sóg xác địh. Mỗi sóg điệ từ là một sóg áh ság đơ sắc. Môi áh ság đơ sắc cho lê kíh ảh của máy quag phổ một vạch màu hất địh. Đó là một vạch quag phổ. Chú ý - Khi chụp quag phổ của khí hidrô trog các đè phóg điệ, gười ta đã xác địh được chíh xác bước sóg và quy luật sắp xếp của các vạch trog quag phổ đó. - Dũg mẫu guyê tử Bohr, gười ta giải thích được cấu trúc của quag phổ và tíh được bước sóg ứg với các vạch trog quag phổ đó.. Sự giải thích sự tạo thàh các dãy - Các vạch trog dãy Lai-ma (áh ság ằm trog miề tử goại) được tạo thàh khi êlectro trog các guyê tử hidrô chuyể từ các quỹ đạo bê goài về quỹ đạo K: L về K; M về K; N về K; O về K; P về K. - Các vạch trog dãy Ba-me (1 số vạch ằm trog miề tử goại và 1 số vạch ằm trog miề áh ság hì thấy) được tạo thàh khi êlectro chuyể từ quỹ đạo bê goài về quỹ đạo L: Vạch đỏ H 0,6563 m ứg với sự chuyể M về L; Vạch lam H 0, 4861 m ứg với sự chuyể N về L; Vạch chàm H 0, 4340 m ứg với sự chuyể O về L; Vạch tím H 0, 4103 m ứg với sự chuyể P về L. - Các vạch trog dãy Pa-se (áh ság ằm trog miề hồg goại) được tạo thàh khi các êlectro chuyể từ quỹ đạo bê goài về quỹ đạo M. - Nếu biểu diễ mỗi mức ăg lượg ứg với một quỹ đạo dừg bằg một vạch ằm gag thì ta có sơ đồ mức ăg lượg. - Trog sơ đồ mức ăg lượg, các sự chuyể được biểu diễ bằg các mũi tê hướg từ trê xuốg dưới. Phía dưới sơ đồ có vẽ các vạch quag phổ ứg với các sự chuyể đó. Trag 5
Sơ đồ chuyể mức ăg lượg của guyê tử hiđrô khi tạo thàh các dãy quag phổ IX. SƠ LƯỢC LAZ Laze là một guồ ság phát ra một chùm ság cườg độ lớ dựa trê việc ứg dụg hiệ tượg phát xạ cảm ứg. 1. Đặc điểm của laze - Laze có tíh đơ sắc rất cao. - Tia laze là chùm ság kết hợp (các phôtô trog chùm có cùg tầ số và cùg pha). - Tia laze là chùm ság sog sog (có tíh địh hướg cao). - Tia laze có cườg độ lớ. Ví dụ: laze rubi (hồg gọc) có cườg độ tới. Một số ứg dụg của laze 6 10 W / cm. - Tia laze được dùg hư dao mổ trog phẫu thuật mắt, để chữa một số bệh goài da (hờ tác dụg hiệt),... - Tia laze dùg truyề thôg ti bằg cáp quag, vô tuyế địh vị, điều khiể co tàu vũ trụ,... - Tia laze dùg trog các đầu đọc đĩa CD, bút chỉ bảg, bả đồ, thí ghiệm quag học ở trườg phổ thôg,... - Tia laze được dùg trog đo đạc, gắm đườg thẳg... - Ngoài ra tia laze cò được dùg để khoa, cắt, tôi,... chíh xác các vật liệu trog côg ghiệp. Trag 6