Mỗi chất làm lên kim loại khác nhau thì sẽ có một mức sóng giới hạn để xảy ra hiện tượng quang điện. Vậy giới hạn quang điện của các kim loại là gì? Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện có gì liên quan tới giới hạn quang điện không? Mời bạn hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây, để hiểu rõ thêm về nội dung giới hạn quang điện của kim loại nhé!

1. Giới hạn quang điện của kim loại là gì?

Thí nghiệm: Khi tiến hành lọc lấy một ánh sáng đơn sắc rồi thử chiếu vào một của tấm kính kim loại. Đối với mỗi kim loại, ta sẽ thấy được ánh sáng chiếu vào nó (hay ánh sáng kích thích) phải thoả mãn điều kiện λ ≤ λ0 thì lúc đó hiện tượng mới xảy ra.

1.1. Định luật về giới hạn quang điện của kim loại

Trước hết để nắm rõ hơn về giới hạn quang điện của mỗi kim loại là gì hãy cùng theo dõi hiệu ứng quang điện là như thế nào?

1.1.a, Hiệu ứng (hiện tượng) quang điện

Điện và lượng tử là một trong những hiện tượng liên quan đến hiệu ứng quang điện. Các nguyên tử hay vật chất trong điện lượng sẽ được thoát ra qua quá trình hấp thụ năng lượng của các photon tồn tại trong ánh sáng.

Nên electron bị bật di chuyển ra ngoài do nguyên tử chuyển qua trạng thái bị kích thích. Một nhà khoa học tên Heinrich Hertz đã tìm tòi và nghiên cứu ra hiệu ứng quang điện, nên nó có thể được gọi với cái tên khác là Hiệu ứng Hertz.

Theo như nhà khoa học Heinrich Hertz nghiên cứu, hiện tượng quang điện được giải thích chi tiết như sau: Khi trên những bề mặt của miếng tấm kim loại được tác động của bức xạ điện từ chiếu vào với một khoảng tần số.

Thí nghiệm hiện tượng quang điện

Mà mức tần số đó lớn hơn mức tần số ngưỡng đặc trưng cho những chất cấu tạo nên tấm kim loại thì những năng lượng từ photon sẽ được các điện tử này hấp thụ, rồi sau đó sinh ra dòng điện và được gọi tắt là dòng quang điện.

Điều kiện để xuất hiện hiệu ứng quang điện ngoài là khi trên bề mặt của những tấm kim loại này bị các điện tử đó bật hết ra ngoài.

Lúc đó những điện tử này sẽ không phát ra nếu như tần số bức xạ nhỏ hơn mức tần số ngưỡng đo điện tử hoàn toàn không được nhận đủ nguồn năng lượng để thoát khỏi rào thể hay còn gọi với tên khác là công thoát.

-> Hiện tượng quang điện: là hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi bề mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (hay còn được gọi là hiện tượng quang điện).

1.1.b, Giới hạn quang điện

Nghiên cứu theo vật lý học, giới hạn quang điện của mỗi kim loại là bước sóng giới hạn của ánh sáng kích thích để gây ra hiện tượng quang điện. Tuy nhiên đối với nhiều vật liệu khác thì hiệu ứng quang điện ngoài sẽ không xảy ra.

Hiện tượng ánh sáng gây ra hiện tượng quang điện

Và nếu có thì chỉ xảy ra được với hiện tượng quang điện trong đối với các chất bán dẫn, những chất bán dẫn sẽ bị các dòng bức xạ điện từ trực tiếp vào.

Với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó, lúc đó mới gây ra hiện tượng quang điện: λ ≤ λ0.

=> Giới hạn quang điện của mỗi kim loại (λ0) là bước sóng dài nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó, để hiện tượng quang điện có thể xảy ra.

Trong đó:

λ: là bước sóng của ánh sáng kích thích (m)

λ0: là giới hạn quang điện (m)

1.2. Đơn vị tính: m

2. Giới hạn quang điện của kim loại phụ thuộc vào điều gì?

Kim loại khi có sóng điện tích lan truyền thì điện trường trong sóng sẽ làm cho electron của kim loại dao động. Nếu cường độ ánh sáng kích thích đủ mạnh ( E lớn ) thì sẽ xảy ra hiện tượng electron bị bật ra, dù cho sóng điện từ có bao nhiêu λ đi chăng nữa.

Giới hạn quang điện của mỗi kim loại đều có đặc trưng riêng cho kim loại đó. Chỉ có thuyết lượng tử mới có thể giải thích được điều này.

=> Từ đó ta rút ra được giới hạn quang điện của kim loại là phụ thuộc vào bản chất của kim loại.

• Giới hạn quang điện của các kim loại thông thường như: nhôm, đồng, bạc, kẽm nằm trong miền tử ngoại.
• Đối với các kim loại kiềm, kiềm thổ là: kali, natri, xesi, canxi, của miền ánh sáng thấy được.
• Nếu năng lượng photon đạt một mức lớn thì nguồn năng lượng này sẽ hỗ trợ điện tử và có thể dịch chuyển lên vùng dẫn. Từ đó, giúp cho tính chất điện chất bán dẫn được thay đổi.
• Ngày nay nhiều người vận dụng giới hạn quang điện của mỗi kim loại để làm pin năng lượng mặt trời, photodiode, phototransistor,… hoặc dùng làm những phần cảm biến để ghi ảnh, cảm biến quang học, đèn nhân quang điện, đèn nhân quang điện, hoặc phổ quang điện tử…

3. Giới hạn quang điện của một số kim loại

Để áp dụng kiến thức vận dụng vào bài tập thì bạn cần phải cần biết được bước sóng của ánh sáng cũng như của kim loại. Đó là quãng đường ngắn nhất giữa 2 điểm dao động cùng pha hay khoảng cách giữa hai đỉnh sóng.

Theo như nghiên cứu, mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng nằm trong khoảng từ 380nm (tương ứng với màu tím trên quang phổ) đến chừng khoảng 760nm( tương ứng với màu đỏ) là các ánh sáng nhìn thấy được (khả kiến).

Bảng bước sóng ánh sáng nhìn thấy trong chân không

Được biết ánh sáng (khả kiến) chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong toàn bộ phổ bức xạ của điện tử. Tuy nhiên, nó lại là vùng tần số duy nhất mà mắt người có thể phản ứng được với nó. Bạn có biết rằng, trong vùng quang phổ mắt của con người thường có thể thấy được ánh sáng có bước sóng nằm trong khoảng 380nm – 700nm, tức là các ánh sáng từ tím tới đỏ.

Ngoài ra, các công việc có những đặc thù riêng như xây dựng, xưởng cần nhìn thấy ánh sáng khác của môi trường để dễ dàng hình dung, cần vận dụng nó để cân đo sao cho hiệu quả và chính xác nhất.

Để hiểu rõ hơn về giới hạn quang điện sau đây là bảng giá trị giới hạn quang điện λ0 của một số kim loại:

Giới hạn quang điện của kim loại

Một điều cần bạn lưu ý ở đây là ánh sáng nhìn thấy có thể gây ra hiện tượng quang điện ngoài ở những kim loại kiềm.

4. Định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết phôtôn:

Các hạt được tạo bởi ánh sáng được gọi là photon. Mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các hạt photon đều giống nhau, mỗi photon mang năng lượng là ε = h.f

Theo thuyết photon của Anhxtanh, mỗi một lần phân tử hay nguyên tử ở bề mặt kim loại hấp thụ một photon thì nó dùng năng lượng này vào hai việc:

• Thứ nhất là cung cấp một một năng lượng A để làm electron bứt ra khỏi liên kết với hạt nhân nguyên tử. Nên năng lượng này được gọi là công thoát.
• Thứ hai, với phần năng lượng còn lại thì biến thành động năng của electron khi bứt khỏi kim loại.

Và khi hiện tượng quang điện xảy ra bởi sự hấp thụ ánh sáng kích thích do electron trong photon và kim loại. Khi năng lượng của photon ánh sáng kích thích lớn hơn hoặc bằng công thoát lúc đó điều kiện hiện tượng quang điện mới xảy ra.

Hay nói cách khác:

hf ≥ A ⇒h.c/λ ≥ A ⇒ λ ≤ hc/A

Ta đặt λ0 = hc/A được gọi là giới hạn quang điện của kim loại λ ≤ λ0

=>> Xem thêm nội dung liên quan: Hạt tải điện trong kim loại là

Kết Luận

Bài viết trên đây là những giải đáp về giới hạn quang điện của mỗi kim loại. Hy vọng qua bài viết này, bạn sẽ hiểu rõ được định nghĩa cũng như là bản chất của giới hạn quang điện. Mong rằng sẽ giúp bạn bổ sung được những thông tin hữu ích nhất dành cho mình.

Đăng kí ngay tại đây =>> Kiến Guru <<= để nhận khóa học chất lượng giúp trẻ phát triển tư trong học tập tốt hơn