Hiệu ứng quang điện

Ngưỡng trước, cường độ sau

Bảo toàn năng lượng viết hf=φ+Kmax, trong đó φ là công thoát và Kmax là động năng cực đại của electron phát ra.

Dưới tần số ngưỡng f₀=φ/h, tăng cường độ không làm electron bật ra. Trên ngưỡng, tăng cường độ chủ yếu làm tăng số photon tới mỗi giây và số electron phát ra; tăng tần số làm tăng năng lượng mỗi photon và do đó làm tăng Kmax.

Trong mô hình cơ bản, một photon truyền năng lượng cho một electron. Tần số quyết định năng lượng mỗi photon; cường độ chủ yếu quyết định tốc độ photon tới.

Điện thế hãm đo năng lượng electron

Có thể đặt một điện áp ngược để hãm electron phát ra. Tại điện thế hãm Vs đủ để chặn cả electron nhanh nhất, eVs=Kmax.

Đồ thị Vs theo tần số là đường thẳng trên ngưỡng; độ dốc liên quan h/e và giao điểm trục tần số cho f₀. Nhờ vậy năng lượng photon được nối trực tiếp với đại lượng điện áp đo được.

Khám phá ngưỡng

Thay đổi riêng năng lượng photon và công thoát để quan sát có phát electron hay không và Kmax còn lại.

Thí nghiệm đã xác lập điều gì

Sự phát xạ gần như tức thời và sự tồn tại của một tần số ngưỡng rõ ràng không phù hợp với hình ảnh đơn giản rằng năng lượng sóng trải liên tục trên bề mặt rồi electron tích lũy dần. Mô hình photon giải thích cả hai.

Hiệu ứng quang điện không có nghĩa ánh sáng mất tính sóng. Giao thoa và nhiễu xạ vẫn là bằng chứng thiết yếu cho hành vi sóng; lý thuyết lượng tử phải bao quát cả hai nhóm kết quả.

Đọc đúng vai trò của các biến

Không được nhầm năng lượng photon với công suất chùm sáng. Một chùm sáng rất mạnh nhưng tần số thấp có thể mang nhiều năng lượng mỗi giây trong khi từng photon vẫn dưới ngưỡng. Ngược lại, chùm yếu ở tần số cao có thể phát ít electron nhưng mỗi electron có động năng đáng kể.

Ví dụ có lời giải

1. Bước sóng ngưỡng

Vật liệu có φ=2,5 eV. Tính λ₀.

2. Động năng cực đại

Photon 4,2 eV chiếu lên bề mặt φ=2,0 eV.

3. Điện thế hãm

Nếu Kmax=1,6 eV, điện thế hãm xấp xỉ bao nhiêu?