Lý thuyết cơ bản chương lượng tử ánh sáng

Lý thuyết cơ bản chương 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)

  • 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)

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 vật lí hiện tượng quang điện ngoài

https://youtu.be/Vz-VZbT01TQ

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.

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.

Lý thuyết cơ bản chương lượng tử ánh sáng
Khi chiếu chùm tia tử ngoại (ánh sáng kích thích) vào dung dịch fluorescein đựng trong ống nghiệm (ở trạng thái bình thường fluorescein có màu vàng nhạt) sẽ phát ra ánh sáng màu xanh lục như hình dư

  • 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.

Lý thuyết cơ bản chương lượng tử ánh sáng
quang sát hiện tượng vật lí quang phát của của chất lân quang

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

Lý thuyết cơ bản chương lượng tử ánh sáng
Hình minh họa hiện tượng phát xạ nhiệt cảm ứng. Mô phỏng hoạt động động của nguồn phát tia-Laze Rubi sử dụng đèn điện xeon để chuyển các phân tử crom lên trạng thái kích thích.

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.

Lý thuyết cơ bản chương lượng tử ánh sáng
Cấu tạo của Laze rắn: Laze-Rubi (hồng ngọc)  là Al2O3 có pha Cr2O3. Ánh sáng đỏ của hồng ngọc do ion Cr phát ra khi chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản => màu của Laze cũng là màu Rubi

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.

What do you think?

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Lý thuyết cơ bản chương dao động cơ, vật lí 12

Phép tịnh tiến: dạng bài tập cơ bản, trắc nghiệm toán 11