Hiệu ứng quang điện
Hiệu ứng quang điện cho thấy ánh sáng truyền năng lượng theo các gói rời rạc gọi là photon. Nó đã góp phần xác lập mô hình lượng tử của ánh sáng.
Ánh sáng dưới dạng photon
Trong mô hình photon, mỗi photon mang năng lượng bằng hf, trong đó h là hằng số Planck và f là tần số. Ánh sáng mạnh hơn nghĩa là có nhiều photon hơn, nhưng năng lượng của từng photon phụ thuộc vào tần số chứ không phải cường độ.
Tần số ngưỡng
Electron chỉ bị bật ra nếu mỗi photon có đủ năng lượng để vượt qua công thoát của vật liệu. Vì vậy tồn tại một tần số ngưỡng, dưới mức đó thì dù ánh sáng có mạnh đến đâu cũng không có electron nào thoát ra.
Kiểm tra ý tưởng bằng mô phỏng
Thay đổi tần số ánh sáng và bề mặt kim loại trong mô phỏng để xem khi nào các quang electron xuất hiện. So sánh tần số ngưỡng và thế hãm với dự đoán của phương trình Einstein.
Hiệu Ứng Quang Điện
Ánh sáng không va vào kim loại như một sóng liên tục — nó đến trong những đợt nhỏ gọi là photon, mỗi photon mang một lượng năng lượng cố định. Một electron chỉ thoát ra nếu năng lượng của một photon lớn hơn hoặc bằng công thoát của kim loại, năng lượng thường giữ electron cố định. Phần năng lượng còn lại trở thành động năng của electron khi nó bay ra.
KEₘₐₓ = h · f − φ
- KEₘₐₓ — động năng cực đại (eV): năng lượng lớn nhất mà một electron bị bật ra mang theo
- h — hằng số Planck (eV·s): hằng số rất nhỏ liên kết tần số của photon với năng lượng của nó
- f — tần số (Hz): bao nhiêu sóng ánh sáng đến mỗi giây
- φ — công thoát (eV): năng lượng tối thiểu cần thiết để kéo một electron ra khỏi kim loại
Một photon va vào bề mặt natri mang năng lượng 3,1 eV. Công thoát của natri là 2,1 eV. Động năng cực đại của một electron bị bật ra là bao nhiêu?
- hf = 3.1 eV
- φ = 2.1 eV
- KEₘₐₓ = h · f − φ
- KEₘₐₓ = 3.1 eV − 2.1 eV
KEₘₐₓ = 1.0 eV