Các định luật quang điện

Ánh sáng vàng có bước sóng là 0,57 (μm) - 0,6 (μm). Để e quang điện bật ra thì kim loại dùng làm Katot phải có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng vàng tức là λ > 0,6 (μm). Ta thấy kim loại xesi thỏa mãn điều kiện này.

Quá trình xảy ra hiện tượng quang điện khi chùm photon chiếu tới bề mặt của kim loại tương tác với các electron và làm cho các electrong bật ra.

Do tia hồng ngoại có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện của tấm kẽm nên không xảy ra hiện tượng quang điện, với kẽm thì giới hạn quang điện là $λ_0 = 0,35 μm$; với tia hồng ngoại thì $λ_0 =0,75 μm$.

Khi một photon kích thích được một electron quang điện thì nó sẽ truyền toàn bộ năng lượng cho electron đó.

Động năng ban đầu của các electron quang điện phụ thuộc vào bước sóng của chùm ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catot mà không phụ thuộc vào cường độ của chùm ánh sáng chiếu tới.

Để hiện tượng quang điện không xảy ra thì ánh sáng kích thích phải lớn hơn giá trị $λ_0 = 0,65μm$. Vậy chùm sáng đó là tia đỏ λ = 0,76μm

Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích.

Cường độ dòng quang điện tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích.

Do bước sóng của bức xạ hồng ngoại lớn hơn giới hạn quang điện của kẽm nên khi chiếu một chùm tia hồng ngoại vào tấm kẽm electron trên bề mặt sẽ không bị bật ra. Vì vậy điện tích trên tấm kẽm vẫn không thay đổi

Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi chiếu vào tấm kim loại này một bức xạ điện từ có bước sóng thích hợp

Gọi A là công thoát của kim loại dùng làm tế bào quang điện. Để tế bào quang điện có thể hoạt động với ánh sáng nhìn thấy.
\(\dfrac{{hc}}{{\lambda _d }} \ge A\).
Lần lượt thay các giá trị 4,5eV (Tungsten ), Liti (2,3eV). Liti (2,3eV).
Ta thấy có thể chọn Liti (2,3eV) làm tế bào quang điện hoạt động được với ánh sáng nhìn thấy.

Giới hạn này tùy thuộc vào bản chất kim loại dùng làm Katot.

Do giới hạn quang điện của Canxi nhỏ hơn giá trị 0,5μm nên khi chiếu bức xạ trên vào Canxi thì sẽ không có hiện tượng quang điện xảy ra. Trong khí đó ba kim loại natri và kali và xesi có giới hạn quang điện lớn hơn bước sóng của ánh sáng kích thích trên nên khi chiếu ánh sáng này vào ba kim loại đó sẽ có hiện tượng quang điện xảy ra.

Trong hiện tượng quang điện trong và hiện tượng quang điện những phát biểu sau là đúng:
+ Đều có bước sóng giới hạn $λ_0$.
+ Bước sóng giới hạn của hiện tượng quang điện bên trong có thể thuộc vùng hồng ngoại.
+ Năng lượng cần thiết để giải phóng electron trong khối bán dẫn nhỏ hơn công thoát của electron khỏi kim loại.
Phát biểu: " Đều bứt được các electron bứt ra khỏi khối chất" là sai vì trong hiện tượng quang điện trong electron không bị bứt ra khỏi khối chất bán dẫn.

Để gây ra hiện tượng quang điện thì $λ ≤ λ_0$  nên Chỉ có bức xạ $λ_2$ thoả mãn

Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là bước sóng dài nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó mà vẫn gây ra hiện tượng quang điện

có nhiều cách để bứt electron ra khỏi bề mặt kim loại ví dụ : nung nóng, nhiễm điện … cũng sẽ có công tối thiểu, nhưng để được gọi là hiện tượng quang điện thì phải có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

Để hiện tượng quang điện xảy ra thì chỉ cần điều kiện $λ ≤ λ_0$

Để có hiện tượng quang điện xảy ra thì bước sóng của chùm ánh sáng kích thích phải nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng màu lục. Vậy bước sóng thỏa mãn đó phải là của ánh sáng đơn sắc tím.

Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện phụ thuộc vào bước sóng của chùm ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catot. Nên nó không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích.

Hiện tượng quang điện ngoài có thể xảy ra khi ánh sáng kích thích là vùng nhìn thấy hoặc tử ngoại, không xảy ra khi chiếu ánh sáng hồng ngoại.

Với tấm kẽm có giới hạn quang điện là $ {{\lambda }_{0}}=0,35\left( \mu m \right) $ , khi chiếu ánh sáng hồng ngoại với bước sóng có dải từ lớn hơn $ 0,76\left( \mu m \right) $ đến milimet, rõ ràng hiện tượng quang điện không xảy ra, nên không có electron bứt ra khỏi tấm kẽm $ \Rightarrow $ điện tích âm của tấm kẽm là không đổi.

Công thức liên hệ
\(A = \dfrac{{hc}}{{\lambda _0 }} \Rightarrow A\lambda _0 = hc.\)

Để có hiệu ứng quang điện xảy ra thì bước sóng của chùm ánh sáng kích thích phải nhỏ hơn giới hạn quang điện. Vậy bước sóng của chùm ánh sáng kích thích thỏa mãn điều kiện là λ = 0,2 μm

Giới hạn quang điện của kim loại phụ thuộc vào bản chất của kim loại đó.

Giới hạn quang điện của kim loại là: $ {{\lambda }_{0}}=\dfrac{hc}{A}=0,53\mu m $

Ánh sáng chỉ gây ra hiện tượng quang điện khi có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện dùng làm Catot.

Theo định luật quang điện thứ 2 ta có: Cường độ dòng quang điện bão hòa tỷ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích.

Khi chiếu một chùm sáng có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện của kim loại thì electron trên bề mặt kim loại sẽ bị bật ra khỏi bề mặt kim loại đó.
Và khi không thấy có electron bật ra khỏi mặt kim loại khi chiếu một chùm sáng đơn sắc vào nó.
Đó là vì: "Bước sóng của ánh sáng lớn so với giới hạn quang điện."

Giới hạn quang điện của Xêdi là 0,66 µm. Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra nếu ánh sáng rọi vào tấm Xêdi có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện trên. Do đó hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có màu đỏ (0,67 µm - 0,76 µm).

Cường độ dòng quang điện sẽ đạt đến giá trị bão hòa khi electron không có vận tốc ban đầu cũng đến được catốt.

Động năng ban đầu của các electron quang điện phụ thuộc vào bước sóng của chùm ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại dùng làm catot.

Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm sáng kích thích.

Để có hiện tượng quang điện xảy ra thì bước sóng của chùm ánh sáng kích thích phải nhỏ hơn một giá trị xác định.

Nguyên nhân gây nên hiện tượng quang điện là electron hấp thụ một photon có đủ năng lượng bật ra khỏi kim loại.

Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài. Ánh sáng mặt trời có dải phổ từ sóng vô tuyến, hồng ngoại đến tử ngoại nên có thể gây ra hiện tượng quang điện cho tấm kim loại không sơn.

Thiếc là kim loại. Hiện tượng quang điện xảy ra khi dùng ánh sáng Mặt Trời chiếu vào tấm lợp bằng thiếc vì trong ánh sáng mặt trời có bức xạ mà bước sóng của bức xạ đó nhỏ hơn giới hạn quang điện của thiếc.
Mái ngói, dung dịch fluôrexêin hay kẽm sunfua ko phải là kim loại bên không có hiện tượng quang điện xảy ra.