THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG. LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT ÁNH SÁNG

I. THUYẾT LƯỢNG TỬ ẢNH SÁNG : (Quantum theory of light)

• GIẢ THUYẾT CỦA PLANCK :
      +) Năng lượng mà mỗi lần 1 nguyên tử / 1 phân tử hấp thụ / phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định gọi là lượng tử năng lượng, có giá trị bằng : ε = hf.

  

  Sự hấp thụ hay phát xạ lượng tử năng lượng

      +) Trong đó, ε : lượng tự năng lượng (J)
                         f : tần số ánh sáng chiếu tới (Hz)
                         h : hằng số Planck (6,625.10^-34 J.s)
• THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG CỦA EINSTEIN :
      +) Chùm ánh sáng thực chất là chùm các hạt phôtôn.

  

  Ảnh minh họa

      +) Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số xác định, các phôtôn đều giống nhau và cùng mang năng lượng ε = hf.

  

  Với cùng cường độ sáng, ánh sáng lam cần ít phôtôn hơn ánh sáng đỏ vì năng lượng của phôtôn ánh sáng lam cao hơn
  

      +) Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1s.

  

  Ảnh minh họa

      +) Phân tử / nguyên tử / electron / ... phát xạ hay hấp thụ ánh sáng cũng có nghĩa là phát xạ hay hấp thụ phôtôn.

  

  Sự hấp thụ và phát xạ photôn

      +) Trong chân không, các phôtôn bay dọc theo tia sáng với vận tốc đúng bằng 3.10⁸ m/s.

  

  Ảnh minh họa

      +) Chú ý : 1 chùm sáng chứa rất nhiều phôtôn nên ta thấy chùm sáng liên tục.

  

  Ảnh minh họa

II. GIẢI THÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN :

• CÔNG THỨC EINSTEIN VỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN :
      +) Ta có công thức sau (chỉ áp dụng cho các e ở BỀ MẶT KL) :
  
      +) Trong đó, A gọi là công thoát của kim loại đó, được cung cấp cho electron để chúng thắng được lực liên kết với mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt kim loại.
  
                         W₀ : động năng ban đầu cực đại, giúp các electron bay đi với vận tốc ban đầu cực đại xác định.
• GIẢI THÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN :
      +) ĐL1 quang điện :
  - Muốn có hiện tượng quang điện thì năng lượng của phôtôn chiếu tới catode phải thắng được công thoát (A). Tức là :
  
   hf ≥ A ⟹ hc/λ ≥ A ⟹ λ ≤ hc/A (1)
  - Đặt λ₀ = hc/A, từ (1) ta có λ ≤ λ₀ (λ₀ là giới hạn quang điện).
  
      +) ĐL2 quang điện :
  - Cường độ chùm sáng tăng ⟹ nhiều phôtôn ⟹ nhiều năng lượng ⟹ nhiều e bay ra tạo thành dòng quang điện
  ⟹ Cường độ dòng điện tăng
  
      +) ĐL3 quang điện :
  - Dựa vào công thức Einstein, ta dễ dàng nhận thấy động năng cực đại (W₀) chỉ phụ thuộc vào bản chất kim loại (công thoát A) và bước sóng ánh sáng chiếu tới (hc/λ)
  

III. LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT ÁNH SÁNG :
    +) Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt :
- Để giải thích các hiện tượng giao thoa, người ta thừa nhận tính chất SÓNG của ánh sáng.
- Đế giải thích hiện tượng quang điện, người ta thừa nhận tính chất HẠT của ánh sáng.
    +) Ánh sáng thường thể hiện rõ 1 trong 2 tính chất trên. Khi tính chất sóng thể hiện rõ, thì tính chất hạt lại mờ nhạt và ngược lại : 
- Sóng điện từ có bước sóng càng NGẮN thì thể hiện tính chất HẠT (khả năng đâm xuyên, ...) càng rõ như tia X, tia tử ngoại, tia gamma...
- Sóng điện từ có bước sóng càng DÀI thì thể hiện tính chất SÓNG (giao thoa, nhiễu xạ, ...) càng rõ như ánh sáng khả kiến, sóng vô tuyến, ...
IV. VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ :
    +) Vào cuối thế kỉ 19, thuyết điện từ của Maxcell đã trở thành một lý thuyết thống nhất về các hiện tượng điện từ và các quá trình quang học. Tuy nhiên, khi áp dụng nghiên cứu các bức xạ nhiệt của vật đen gây ra thì lý thuyết trên không giải thích được.
    +) Năm 1900, Max Planck đã đề ra giả thuyết lượng tử như ở phần I và đã thu được sự phù hợp với các kết quả ở thực nghiệm.
    +) Ngày nay, thuyết lượng tử ánh sáng đã mở ra một trang hoàn toàn mới về thế giới cũng như cái nhìn của chúng ta về vũ trụ. Thuyết đã được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ngành Cơ học lượng tử (nghiên cứu chất bán dẫn, vật liệu mới, laser, ...)

Thuyết lượng tử "rút ngắn thời gian"
và giải quyết bế tắc của lý thuyết vật lý cổ điển