Tổng hợ Lý thuyết Lượng tử ánh sáng, vật lí lớp 12 Lượng tử ánh sáng
TỔNG HỢP LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG – VẬT LÍ 12
Thuyết lượng tử ánh sáng:
Lượng tử năng lượng:
là lượng năng lượng một nguyên tử, phân tử hấp thụ hay phát xạ được xác định bằng biểu thức
\[\varepsilon =hf\]
Trong đó:
- ε: lượng tử năng lượng (J)
- h = 6,625.10-34 (J.s): hằng số Plăng (Planck)
- f: tần số của ánh sáng (Hz)
Thuyết lượng tử ánh sáng của Anhxtanh (Einstein)
Nội dung thuyết lượng tử ánh sáng:
- Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là photon. Photon chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động không có photon đứng yên.
- Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các photon đều giống nhau và có năng lượng bằng hf.
- Trong chân không, photon bay với tốc độ 3.108 (m/s) dọc theo các tia sáng.
- Mỗi nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một photon.
Công thức Anhxtanh:
\[\varepsilon =hf=A+W_{đo(max)}\]
Trong đó
- ε = hf = \[\dfrac{hc}{\lambda }\] : lượng tử năng lượng (J)
- A = \[\dfrac{hc}{\lambda_{o} }\] : công thoát của electron khỏi kim loại (J)
- W$_{đo(}$$_{max)}$ = \[\dfrac{1}{2}mv_{o(max)}^{2}\]: động năng ban đầu cực đại của electron (J)
Lý thuyết Lượng tử ánh sáng về các hiện tượng quang điện
Hiện tượng quang điện ngoài
Hiện tượng quang điện ngoài: là hiện tượng chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào kim loại làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại. Ánh sáng chiếu vào kim loại gọi là ánh sáng (hoặc bức xạ) kích thích
Định luật về giới hạn quang điện:
Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λo của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện.
\[\lambda \leq \lambda _{o}\]
Trong đó:
- λ: bước sóng của ánh sáng kích thích
- λo: giới hạn quang điện của kim loại
Video thí nghiệm hiện tượng quang điện ngoài
Chất quang dẫn:
Chất quang dẫn là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng, dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp. Một số chất quang dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe … chất quang dẫn thường là chất bán dẫn.
Hiện tượng quang điện trong:
là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện.
Video thí nghiệm vật lí về hiện tượng quang điện trong
https://youtu.be/NKzIPItYJ34
Giải thích hiện tượng quang điện trong bằng thuyết lượng tử ánh sáng:
Khi không được chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn đều ở trạng thái liên kết với cá nút mạng tinh thể gọi là các electron liên kết.
Khi bị chiếu sáng mỗi photon ánh sáng kích thích sẽ truyền toạn bộ năng lượng của nó cho electron liên kết. Nếu năng lượng đủ lớn các electron liên kết sẽ giải phóng khỏi mối liên kết để trở thành electron dẫn tham gia vào quá trình dẫn điện đồng thời tạo ra một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả là chất quang dẫn trở nên dẫn điện tốt.
Tổng hợp lý thuyết lượng tử ánh sáng, các hiện tượng quang phát quang
Hiện tượng quang phát quang, lân quang, huỳnh quang
Hiện tượng quang phát quang:
là hiện tượng chất phát quang có thể hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác.
- Huỳnh quang: là hiện tượng quang phát quang của các chất lỏng và khí, có đặc điểm là ánh sáng phát quang bị tắt rất nhanh sau khi tắt ánh sáng kích thích.
- Lân quang là hiện tượng quang phát quang của chất rắn có đặc điểm là ánh sáng phát quang có thể kéo dài một khoảng thời gian nào đó sau khi tắt ánh sáng kích thích.
Tổng hợp lý thuyết lượng tử ánh sáng, Laze và tính chất
Laze phiên âm tiếng anh LASER:
(Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation: máy khuyếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ cảm ứng) tia sáng do Laze phát ra được gọi là tia Laze.
Hiện tượng phát xạ cảm ứng
Nếu một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một photon có năng lượng ε1 = hf, bắt gặp một photon có năng lượng ε2 = hf bay lướt qua nó thì lập tức nguyên tử ngày cũng phát ra photon ε1.
Photon ε1 có cùng năng lượng và bay cùng phương với photon ε$_{2 }$(sóng điện từ ứng với photon ε$_{1 }$hoàn toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với photon ε2)
Như vậy nếu có một photon ban đầu bay qua một loạt các nguyên tử đang ở trạng thái kích thích thì số photon của các nguyên tử phát ra sẽ tăng lên theo cấp số nhân.
Nguyên tắc hoạt động của nguồn phát Laze:
Dùng một đèn phóng điện xeon để chiếu sáng rất mạnh thanh Rubi và đưa một số lớn ion crom lên trạng thái kích thích. Nếu có 1 ion crom bức xạ theo phương vuông góc với hai bề mặt phản xạ thì ánh sáng sẽ phản xạ đi phản xạ lại nhiều lần giữa hai bề mặt phản xạ và sẽ làm cho một loạt các ion crôm phát xạ cảm ứng. Ánh sáng sẽ được khuếch đại lên nhiều lần, chùm tia-Laze sẽ đi ra từ gương bán mạ.