Vật lý

Hiệu ứng quang điện


Hiệu ứng quang điện là một ví dụ điển hình về sự không tương thích của các kết quả thí nghiệm với lý thuyết điện từ do Maxwell đề xuất.

Tóm lại, đó là hiện tượng các electron phát ra từ bề mặt kim loại khi tiếp xúc với bức xạ điện từ.

Heinrich Hertz là một trong những nhà khoa học đầu tiên quan sát hiện tượng này. Ông đã sử dụng một thiết bị phát sáng gồm hai mạch: một để tạo sóng và một để phát hiện chúng, cách nhau một khoảng nhất định. Về cơ bản, nó là một phần của thiết bị với hai tấm kim loại được kết nối ở các tiềm năng khác nhau, nơi xảy ra phóng điện.

Hertz vô tình phát hiện ra rằng các tia lửa trên bảng máy phát điện tạo ra tia lửa trên tấm nhận. Sau những nỗ lực tiếp theo, ông kết luận rằng ánh sáng có khả năng tạo ra tia lửa và hiện tượng này chỉ được quan sát bằng ánh sáng cực tím.

Thí nghiệm của Hertz đã xác nhận sự tồn tại của sóng điện từ và lý thuyết truyền ánh sáng của Maxwell, vì nhà khoa học này có thể tạo ra sóng điện từ, hiện được gọi là sóng vi ba. Sự mới lạ là ảnh hưởng của tia cực tím đến phóng điện, vì thực tế này chưa có lời giải thích nào.

Năm 1889, Wilhelm Hallwachs đã chỉ ra rằng, khi được chiếu sáng bằng bức xạ cực tím, các bề mặt kim loại như kẽm, kali và natri đẩy các hạt tích điện âm. Vào thời điểm đó, sự tồn tại của electron, không được phát hiện cho đến năm 1897, vẫn chưa được biết đến.

Philipp von Lenard, giống như Thomson, cũng đã đo tỷ lệ điện tích trên khối lượng của các hạt bị đẩy ra và suy luận rằng sự gia tăng của tia lửa mà Hertz đã quan sát được là kết quả của sự phát xạ các electron, mà ông đặt tên. quang điện tử.

Hình dưới đây cho thấy hình minh họa của một thiết bị cho phép chúng ta quan sát hiệu ứng quang điện:

Trong các thiết bị thí nghiệm ở trên, ánh sáng nhất định thường f Nó chiếu sáng một bề mặt kim loại bên trong ống duy trì chân không và các electron được phát ra từ bề mặt đó. Hai tấm được giữ ở một sự khác biệt tiềm năng. V. Nếu các electron được phát ra có đủ năng lượng để tiếp cận bộ thu, chúng sẽ bị bắt và điều này sẽ được quan sát như một dòng điện. tôiđược ghi trên ampe kế Một. Tần số f, cường độ Tôi của ánh sáng, sự khác biệt tiềm năng V và tài liệu người gửi có thể thay đổi.

Các kết quả thử nghiệm thu được trong thí nghiệm này được liệt kê dưới đây:

  • Dòng điện đo trên ampe kế đến gần như tức thời với quá trình chiếu sáng của bề mặt phát ra, ngay cả khi ánh sáng tới có cường độ thấp. Độ trễ giữa thời gian chiếu sáng và sự xuất hiện của dòng điện là thứ tự 10-9 s và không phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng tới.
  • Nếu chúng ta sửa tần số và ddp, dòng điện sẽ tỷ lệ thuận với cường độ của ánh sáng tới.
  • Nếu chúng ta sửa tần số và cường độ của ánh sáng tới, dòng điện sẽ giảm khi ddp tăng. Dòng điện ngừng ở một giá trị nhất định của V, được gọi là tiềm năng phanh điện hoặc tiềm năng cắt điện, V0, độc lập với cường độ của ánh sáng tới.
  • Đối với vật liệu phát ra nhất định, thế năng hãm thay đổi tuyến tính theo tần số theo phương trình:

    Ở đâu w0là một hằng số được gọi là chức năng làm việcdo đó là một chức năng của vật liệu. Nhớ điều đó h là hằng số Planck, có giá trị là h = 6,63x10-34 Js, và là điện tích electron (e = 1.6x10-19 C).

  • Đối với mỗi vật liệu có một tần số cắt hoặc ngưỡng tần sốbên dưới mà các electron không được phát ra, bất kể cường độ của ánh sáng tới.


Video: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng Vật lí 12 Thầy Vũ Thế Anh (Tháng Chín 2020).