§§3. KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM – CÁC ĐỊNH LUẬT.
Dòng electron di chuyển tạo thành trong mạch (hình vẽ) một dòng điện i có cường độ rất
yếu, gọi là dòng quang điện. Để đo dòng điện này ta phải dùng một điện kế G rất nhạy. Một
volt kế V để đo hiện điện thế giữa anod A và cathod C.
Từ thí nghiệm trên ta suy ra các định luật sau : * Định luật 1:
Đối với một kim loại tinh chất hi
ện tượng quang điện chỉ xảy ra nếu tần số của ánh sáng
kích thích lớn hơn một trị số (o tùy thuộc tính chất của bản C.
Nói cách khác, hiệu ứng chỉ xảy ra nếu độ dài sóng của ánh sáng kích thích nhỏ hơn trị
số (o. Độ dài sóng (o được gọi là thềm quang điện hay thềm kích thích. Dưới đây là thềm
quang điện đối với một số kim loại tinh chất.

Kim loại K Ca Zn Cu Ag

λ
o
0,55 0,45 0,37 0,29 0,27 (µ)

Trị số của (o sẽ thay đổi trong kim loại có lẫn tạp chất.

1

o
I
2

-V
o

V=V
A
-V
C

P
1

P
2

i
H
.4
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r

Vì i triệt tiêu, nên ngay với các electron có vận tốc lớn nhất (lúc bật ra khỏi cathod) vận tốc
của nó cũng bị triệt tiêu bởi điện trường giữa anod và cathod trước khi nó đi tới A.
Ta có : ĉ
Trong đó :
 VM = vận tốc lớn nhất của electron lúc bật ra khỏi cathod
 e = điện tích của electron (giá trị tuyệt đối)
 m = khối lượng của electron
Vậy : ĉ (2.1)
Trị số tuyệt đối Vo được gọi là điện thế dừng.
Nhận xét công thức (2.1) ta thấy động năng cực đại của electron chỉ tùy thuộc vào Vo
mà không tùy thuộc vào công suất bức xạ của chùm tia rọi tới cathod (thực nghiệm chứng tỏ
Vo không tùy thuộc công suất bức xạ của chùm tia kích thích, hình 4). Nhưng nếu ta thực
hi
ện thí nghiệm với các bức xạ có tần số khác nhau, giả sử (2 > (1 và giữ công suất bức xạ
không đổi, các đường biểu diễn i theo V như sau:
Ta có : Vo2 > Vo1
Định luật 3 được phát biểu như sau :
- Động năng cực đại của electron bật ra khỏi kim loại ở cathod thì độc lập đối với công
suất bức xạ chiếu tới cathod và là một hàm đồng biến của tần số bức xạ kích thích.
Định luật 3 còn được gọi là định luật Einstein (Anhstanh)


e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h

Thuyết sóng điện tử về ánh sáng đã tỏ ra bất lực khi cố gắng giải thích các định luật
trong hiệu ứng quang điện. Theo thuyết này nếu chùm tia sáng kích thích có công suất bức
xạ càng lớn thì năng lượng nó cung cấp cho electron ở cathod C càng nhiều, do đó với một
chùm tia, dù độ dài sóng là bao nhiêu, nếu có cường độ đủ mạnh thì sẽ gây ra được hiệu ứng
quang điện. Điều này mâu thuẫn với
định luật về thềm quang điện. Hơn nữa, nếu công suất
bức xạ của chùm tia sáng kích thích càng lớn thì động năng ban đầu cực đại của electron
cũng phải càng lớn, điều này cũng không phù hợp với thực nghiệm cho thấy động năng cực
đại này độc lập đối với công suất bức xạ.
Để giải thích hiệu ứng quang điện, năm 1905, Einstein
đưa ra thuyết lượng tử ánh sáng.
Như ta đã biết, thuyết lượng tử được Planck nêu ra để giải thích hiện tượng bức xạ của vật
đen. Nhưng Planck cho rằng chỉ áp dụng cho nguồn dao động bức xạ và với bức xạ ở trong
vùng lân cận nguồn mà thôi, còn khi truyền đi trong không gian thì vẫn tuân theo các định
luật của lý thuyết điện từ cổ điển.
Einstein khai triển thuyế
t của Planck, áp dụng thuyết lượng tử cho bức xạ trong toàn
không gian và thời gian. Những nét chính của thuyết lượng tử ánh sáng như sau : ánh sáng
gồm những hạt rất nhỏ gọi là quang tử hay photon. Mỗi photon mang một năng lượng là ( =
h(, trong đó h là hằng số Planck, ( là tần số của ánh sáng. Với cùng một đơn sắc thì các
photon đều giống nhau. Ở trong chân không, tất cả mọi photon ứng với tất cả mọi đơn sắc,
đều truyền đi với cùng một vận tốc là c ( 3 x 108 m/s. Cường độ của một chùm ánh sáng thì
tỉ lệ với số photon đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian.
Dựa vào thuyết này, Einstein đã giải thích được các định luật của hiệu ứng quang điện.
* Giải thích định luật 1:
Các photon mang năng lượng h( đập vào cathod C, truyền năng lượng này cho electron ở
cathod. Tác dụng giữa photon và electron có tính cách cá nhân, ngh
ĩa là giữa một photon và
một electron. Muốn làm electron bật ra khỏi cathod để có thể gây ra dòng quang điện thì ít
nhất năng lượng h( phải bằng công suất Wo để bứt rời electron khỏi kim loại.

C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o

r
a
c
k
.
c
o
m

2
1
2
M
hv Wo mV=+
(4.1)
Với các electron nằm bên trong lớp kim loại dùng làm cathod, động năng của nó khi
thốt khỏi cathod sẽ nhỏ hơn, vì một phần năng lượng bị mất đi do sự đụng với các ngun
tử kim loại khi đi ra tới bề mặt của cathod. Với các electron này ta có :
2
1
2
hv Wo mv>+
(4.2)
Xét cơng thức (4.1) ta thấy, với cùng một kim loại, động năng cực đạiĠ của electron
(ECM = hν - Wo) tăng theo tần số của ánh sáng kích thích và khơng tùy thuộc cơng suất của
chùm tia này.

§§5. HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN TRONG.
Hiện tượng ta khảo sát trên được gọi là hiệu
ứng quang điện ngồi: khi ta rọi tới một kim loại

h
W
V
o
∆
=

W
hc
V
c
o
o
∆
==
λ

Da
û
i cấm
∆W
Dải hóa trò
Dải dẫn điện
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r

như bão hòa. Khi V vượt trị số V1 thì i lại tăng lên (do sự tham gia của các electron thứ cấp
sinh ra do các sự
đụng), đường biểu diễn có bề lõm quay về phía trên.
Hiệu điện thế sử dụng không được quá cao để tránh sự phóng điện trong chất khí.
2. Máy nhân quang điện.
Máy nhân quang điện là một loại tế bào quang điện chân không phức tạp, trong đó số
quang điện tử phát ra từ cathod được nhân gấp bội do hiện tượng phát điện tử thứ cấp.

Hình vẽ 8 mô tả đơn giản một máy nhân quang điện Bên trong ống là chân không và
gồm có: một cathoid C, nhiều dương cực phụ D1, D2, D3 có điện thế cao dần gọi là các
dynod và một anod A có điện thế cao nhất.
Các photon đập vào cathod làm bắn ra từ điện cực này các electron. Đó là sự phát điện
từ sơ cấp. Các điện tử sơ cấp này được hướng dẫn đập vào dynod D1, lại làm bắn ra các
electron từ dynod này, đó là hiện tượng phát điện tử thứ cấp. Các điện tử phát ra từ D1 lại
A
D
2
D
4
C
D
3
D
1

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

là số điện tử tới dynod thứ nhất, số điện tử tới anod là : Ndn
Với n là số dynod c
ủa máy. Với năng lượng điện tử sơ cấp đập vào dynod vào khoảng 700
eV tới 900 eV, trị số của d có thể lên tới trên 10. Thí dụ hợp kim AgMg, d = 15 (cực đại) khi
năng lượng điện tử sơ cấp vào khoảng 300 eV. Ngoài ra ta thừa nhận d tỷ lệ với hiệu điện thế
Vo giữa hai dynod liên tiếp (d = k . Vo, k : hằng số).
Với một máy nhân quang điện thông thường, số đ
iện tử tới anod có thể gấp triệu lần số điện
tử tới dynod thứ nhất (dn = 106)
Do đó cường độ dòng quang điện rất lớn so với trường hợp một tế bào quang điện chân
không đơn giản.
3. Pin quang điện.
Pin quang điện còn gọi là tế bào lớp dừng, là một áp dụng của hiệu ứng quang điện trong
khi một chất bán d
ẫn như germanium hay selenium, tiếp xúc với một kim loại thích hợp thì có
thể phát sinh một sức điện đông khi được chiếu sáng. Sơ đồ cấu tạo của một pin quang điện bán
dẫn kim loại như hình vẽ 9.
B là lớp bán dẫn tiếp xúc với một bản kim loại A thích
hợp, a là một vành kim loại tiếp xúc với một lớp vàng C rất
mỏng để ánh sáng đi qua được.
Vành a và bản kim loạ
i A đóng vai trò hai điện cực của
máy phát quang điện. Khi rọi ánh sáng vào lớp bán dẫn qua
lớp C, ta được một dòng quang điện i theo chiều như trên hình
vẽ.
Một yếu tố rất thuận lợi của Pin quang điện là không cần
môt nguồn cung cấp điện thế như các loại tế bào quang điện
mô tả ở trên, đồng thời có độ nhạy khá lớn, cỡ vài trăm
(A/lumen.
Hiệu ứng quang điện có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống hàng ngày cũng như

e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F

c
o
m
§§7. LÝ THUYẾT VỀ PHOTON.
Ta đã thấy, để giải thích hiệu ứng quang điện, Einsteins đã khai triển thuyết lương tử của
plack và đưa vào thuyết photon, cho rằng năng lượng ánh sáng được tập trung trong những hạt
nhỏ gọi là photon hay quang tử. Như vậy, song song với bản chất sóng, chúng ta đã chấp nhận
bản chất hạt của ánh sáng, tuy nhiên đây không phải là những hạt cơ học đơn giản nh
ư quan
niệm của Newton mà có những thuộc tính riêng của nó.
Một chùm ánh sáng đơn sắc có tần số ( gồm vô số các hạt photon, mỗi hạt có một năng
lượng là h(, trong đó h là hằng số planck.
Mỗi một đơn sắc ứng với một loại photon có năng lượng nhất định. Trong chân không, tất
cả các loại photon đều truyền đi với vận tốc C ( 300.000 km/giây, nhưng trong một môi trường
khác, photon của mỗ
i đơn sắc lại có một vận tốc truyền riêng Theo thuyết tương đối, giữa khối lượng m và năng lượng W của một vật, có hệ thức liên lạc
W = mc2. Vậy khối lượng của photon là : Động lượng của photon có trị số là : hay: Ġ (làĠ vectơ sóng, song song với phương truyền sáng và cóĠ)
Ngoài ra theo thuyết tương đối, một vật có khối lượng tĩnh mo (khố
i lượng khi đứng yên) thì
khi chuyển động với vận tốc V có khối lượng là :
2

ν

22
C
h
C
W
m
ν
==

λ
ν
h
C
h
mcp
===
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c

compton thực hiện với vạch K( c
ủa Molybden, tán xạï bởi Carbon, đo ở các góc ( = 0o, 45o,
90o Tia X phát ra từ nguồn chứa nhiều độ dài sóng. Do đó muốn chỉ có một độ dài sóng, thí
dụ chỉ có một vạch K(, ta phải cho tia X đi qua một bộ phận lọc, trước khi tới vật tán xạï.
T
F
1
F
2
A
B
ϕ

H. 1
(a)
∆
λ
(A
o
)
5x10

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Ngoài ra, ta cũng nhắc lại, vạch K( (tia X) do sự di chuyển của electron từ tầng L xuống
tầng K của nguyên tử chất dùng làm đối âm cực trong ống phóng tia X (trong thí dụ của
chúng ta là molybden).
Đỉnh A ứng với độ dài sóng (, đỉnh B ứng với độ dài sóng (’. Ta thấy trong trường hợp (
= 0, (( = 0, không có hiệu ứng compton.
Ngoài ra (( tăng theo góc tán xạ.
Thí nghiệm cũng cho thấy cường độ vạch compton (ứng với đỉnh B) mạnh đối với các
nguyên tử nh
ẹ làm chất tán xạ.

§§2. KHẢO SÁT LÝ THUYẾT CỦA HIỆU ỨNG COMPTON.
Xét một chùm tia X đi vào chất tán xạ, đụng phải một electron, giả sử lúc ban đầu đang
đứng yên ở O, phương truyền của photon tới là Ox. Sau khi đụng, phương truyền của
photon lệch đi một góc ( đối với phương tới Ox và điện tử bắn đi theo một phương hợp với
Ox một góc (.
Trước khi đụng, electron có động lượng bằng O, năng lượng là moC2, photon có động

m
hh
+=
'

(2.1)
θϕ
λ
λ
coscos
'
mv
hh
+=

2
2
1
C
V
m
m
o
−
=

θϕ
λλ
cos
1

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

a
c
k
.
c
o
m
Chiếu hệ thức (2.1) xuống trục y, ta có :
Suy ra Bình phương các phương trình (2.2), (2.3) và cộng lại ta được:

hay
22 2 22
22
2
22
2
2
cos
''
1
o

hay
θϕ
λ
sin
1
.
sin
2
2
'
C
V
Vm
h
O
o
−
−=

θϕ
λ
sin
1
.
sin
2
2
C
V
Vm

2
2
2
2
2
2
'
2
2
'
2
2
2
C
V
Cm
C
V
Vm
hhh
o
o
ϕ
λλ
λ
λ

(2.4)
2
2

Cm
hchc
o
o
−
=+−
λ
λ

'
2
2
1
o
o
hh mC
mC
V
C
λλ
−+ =
−

(2.5)
2
22 2 2
2
2
2 2
2''

⎜⎟
⎝⎠
()
ϕλλλ
cos1
'
−=−=∆
Cm
h
o

2
sin0484,0
2
sin
2
22
ϕ
ϕ
λ
==∆
Cm
h
o

(A) (2.6)
Click to buy NOW!
P
D
F

c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u