Trang chủ

Trắc nghiệm

Phụ lục

Lịch sử vật lí

Bài đọc thêm

 

 

 

 

 

 

      Một hành khách đi về phía cửa nhà ga của sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất từ xa hành khách khách này thấy hai tấm cửa kính đóng kín, khi anh ta đến gần thì kì lạ thay. Hai cánh cửa kính tự động mở ra. Thiết bị tự đóng và mở cửa nhà ga hoạt động dựa theo nguyên tắc nào?

 

 I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI

  1. Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện.

   -Thí nghiệm này được nhà vật lí học người Đức Rudolt Hertz (1857-1894)

 thực hiện vào năm 1887. Thoạt tiên gắn một tấm kẽm tích điện âm vào cần của một tĩnh điện kế: Kim của tĩnh điện kế lệch đi một góc (H.43.1). Sau đó, chiếu một chùm sáng do một hồ quang phát ra vào tấm kẽm thì thấy góc lệch của kim tĩnh điện kế giảm đi

 Hình 43.1

   - Nếu chắn tia hồ quang bằng tấm thủy tinh không màu có tác dụng hất thụ tia tử ngoại thì kim điện kế không bị lệch            

   - Nếu thay tấm kẽm bằng các kim loại khác (đồng, nhôm, bạc, niken....) thì hiện tượng vẫn xãy ra tương tự vậy

Thí nghiệm hiện tượng quang điện (Hình 43.1)

 

2. Định nghĩa

Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện. Các êlectron bị ánh sáng làm bật ra khỏi bề mặt kim loại gọi là các êlectron quang điện.

C1: Nếu chiếu tia tử ngoại vào tấm kẽm tích điện dương thì hiện tượng có xãy ra tương tự vậy không?

 

II. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN

Hình 43.2

1. Tế bào quang điện

Tế bào quang điện là dụng cụ cơ bản dùng để nghiên cứu hiện tượng quang điện. Nó là một bình bằng thạch anh, thành mỏng, bên trong là chân không, thành trong có phủ một lớp kim loại dung làm catôt. Ở giữa bóng có một vòng dây kim loại dùng làm anôt. Lớp kim loại được phủ sao cho không tiếp xúc điện với anôt và có chừa một cửa sổ để cho ánh sáng chiếu vào catôt (H.43.2).

Dưới đây là một số tế bào quang điện:

 

 

* Tế bào quang điện được mắc vào sơ đồ điện như ở (H.43.3). Bộ acquy E tạo ra hiệu điện thế UAK vào cở 80V giữa anôt và catôt. Có thể thay đổi độ lớn và dấu của hiệu điện thế này bằng cách duy chuyển con chạy C và đảo cực bộ nguồn. Vôn kế V dùng để đo UAK.

Kính lọc sắc F dùng để lọc lấy một thành phần đơn sắc nhất định của ánh sáng hồ quang chiếu vào catôt. Ta gọi đó là chùm sáng kích thích.

* Khi hiện tượng quang điện xảy ra thì khoảng chân không giữa anôt và catôt trở thành dẫn điện. Trong mạch sẽ có một dòng điện gọi là dòng quang điện. Micrôampe kế G sẽ cho biết cường độ của dòng quang điện (Iqđ).

*  Người ta nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện Iqđ vào

    -  Bước sóng λ của ánh sáng kích thích,

    -  Cường độ I của chùm sáng kích thích*,

    -  Hiệu điện thế UAK.

* Cường độ của một chùm sáng tại một điểm có độ lớn bằng lượng năng lượng mà ánh sáng tải đến một đợn vị diện tích, đặt tại điểm đó, vuông góc với tia sáng, trong đơn vị thời gian. Đơn vị của cường độ sáng I là W/m2.

* Dưới đây là những kết quả của những nghiên cứu nói trên

    a) Đối với kẽm thì ánh sáng kích thích phải có λ≤ 0,35mm mới gây được hiện tượng quang điện. Đối với nhôm thì điều kiện đó là λ≤ 0,36mm; đối với đồng là λ≤ 0,30mm ... Các bước sóng tối đa giới hạn khả năng gây ra hiện tượng quang điện ở mỗi kim loại được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó và được kí hiệu là λ0.

Bảng 43.1 Giới hạn quang điện của một số kim loại

Kim loại λ0(mm) Kim loại λ0(mm)
Bạc 0,26 Canxi 0,45
Đồng 0,30 Natri 0,50

Kẽm

0,35 Kali 0,55
Nhôm 0,36 Xêdi 0,66

       b) Với một chùm sáng kích thích có bước sóng λ thích hợp và có cường độ I xác định thì đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện Iqđ vào hiệu điện thế UAK (gọi là đặc tuyến vôn-ampe của tế bào quang điện) có dạng như ở hình 43.4. Trên hình này có hai đặc tuyến vôn-ampe của cùng một tế bào quang điện ứng với các chùm sáng có cùng bước sóng, nhưng có cường độ I1, I2 khác nhau.

    Đặc tuyến này có các đặc điểm sau:

        - Khi UAK nhỏ thì Iqđ ­ tăng tuyến tính với UAK.

        - Khi UAK lớn trên một giá trị nào đó thì Iqđ sẽ giữ giá trị không đổi. Giá trị đó gọi là cường độ dòng quang điện bão hòa (Ibh).

        - Khi UAK = 0 thì Iqđ chưa triệt tiêu mà còn có một giá trị nào đó. Điều này chứng tỏ khi bị ánh sang làm bật ra khỏi mặt kim loại, các êlectron có vận tốc ban đầu nào đó.

        - Muốn cho dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn thì phải đặt giữa anôt và catôt một hiệu điện thế UAK < 0 gọi là hiệu điện thế hãm (Uh).

Như vậy giữa động năng ban đầu cực đại của quang electron và độ lớn hiệu điện thế hãm có hệ thức:

    - Thực nghiệm cho thấy Ibh tăng tỉ lệ thuận với I

    - Các đặc tuyến vôn-ampe trên hình (H.43.4) đều cắt trục hoành tại cùng một điểm: Uh không phụ thuộc vào J. Nếu thay đổi λ thi Uh sẽ thay đổi.

C2. Dựa vào đặc tuyến Vôn – ampe ở hình 43.4, hãy nhận xét về sự phụ thuộc của I vào UAK khi UAK < U1

C3. Tại sao khi UAK < U1 thì không phải mọi quang electron đều đến được anôt?

   III - CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN

Từ kết quả thực nghiệm về hiện tượng quang điện, các nhà bác học đã rút ra được ba định luật sau đây, gọi là các định luật quang điện

1. Định luật quang điện thứ nhất (Định luật về giới hạn quang điện)

Hiện tượng quang điện chỉ xãy ra khi ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng λ0. λ0  được gọi là giới hạn quang điện của kim loại đó:

Các kim loi khác nhau thì có gii hn quang đin khác nhau (Bng 43.1). Trừ kim loại kìm và kim loại kiềm thổ có giới hạn quang điện trong miền ánh sáng nhìn thấy, các kim loại thường dùng đều có giới hạn quang điện trong miền tử ngoại

2. Định luật quang điện thứ hai (Đnh lut cường độ dòng quang điện bão hòa)

Đối với mỗi ánh sáng thích hợp có λ < λ0 cường dộ dòng quang điện bõa hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích

Định luật quang điện thứ hai được ứng dụng trong các máy đo ánh sáng

 

3. Định luật quang điẹn thứ 3 (Đnh vè động năng cực đại của các elelctron)

Động năng ban đầu cực đại của các 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 của kim loại

 IV. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN

Hiệu ứng quang điện được dùng để chế tạo tế bào quang điện (thiết bị cho dòng điện đi qua khi có ánh sáng thích hợp chiếu tới). Tế bào quang điện được dùng chế tạo Rơle quang điện ứng dụng trong các thiết bị tự động hóa và thiết bị đếm bằng xung ánh sáng.

 

 

  Hiện tượng các electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại khi bị chiếu sáng gọi là hiện tượng quang điện

  Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng kích thích ( Định luật quang điện thứ 1)

  Ánh sáng kích thích có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện của kim loại sẽ là bật ra các electron quang (Định luật quang điện thứ 2)

  Động năng ban đầu cực đại của các elcetron không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng ánh kích thích và bản chất của kim loại làm catôt (Định luật quang điện thứ 3)

Trang chủ

Trắc nghiệm

Phụ lục

Lịch sử vật lí

Bài đọc thêm