Thư Viện Công Thức Vật Lý

Phát biểu: Muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì năng lượng của photon ánh sáng kích thích phải lớn hơn hoặc bằng công thoát.

Chú thích:

$\epsilon$: năng lượng của photon ánh sáng kích thích $\left(J\right)$

$A$: công thoát $\left(J\right)$

Phát biểu: 

- Ánh sáng có bản chất điện từ.

- Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt: Ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt.

Phát biểu: Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong.

Hiện tượng quang điện trong xảy ra đối với một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe,... có tính chất đặc biệt sau đây: Là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp. Các chất này còn được gọi là $chất quang dẫn.$

Năng lượng kích hoạt và giới hạn quang dẫn của một số chất:

So sánh hiện tượng Quang điện ngoài và hiện tượng Quang điện trong:

- Giống nhau:

+ Đều là hiện tượng electron ở dạng liên kết trở thành electron tự do (giải phóng electron liên kết trở thành electron dẫn) dưới tác dụng của phôtôn ánh sáng, tham gia vào quá trình dẫn điện.

+ Điều kiện để có hiện tượng là $\lambda \le {\lambda }_0$.

- Khác nhau: 

+ Hiện tượng quang điện ngoài:

Các quang electron bị bật ra khỏi kim loại.

Chỉ xảy ra với kim loại.

Giới hạn quang điện ${\lambda }_0$ nhỏ thường thuộc vùng tử ngoại trừ kiềm và kiềm thổ (ánh sáng nhìn thấy).

+ Hiện tượng quang điện trong:

Các electron liên kết bị bứt ra vẫn ở trong khối bán dẫn.

Chỉ xảy ra với chất bán dẫn.

Giới hạn quang điện ${\lambda }_0$ dài (lớn hơn của kim loại, thường nằm trong vùng hồng ngoại).

Chú thích: 

$\epsilon$: năng lượng của 1 photon $\left(J\right)$

$A$: công thoát $\left(J\right)$

$W_{đmax}$: động năng ban đầu cực đại với $m=m_e=9,1.{10}^{-31}kg$

$e=1,6.{10}^{-19}C$

$U$: độ lớn của hiệu điện thế hãm trong tế bào quang điện $\left(V\right)$

Chú thích:

$v_{0max}$: vận tốc ban đầu cực đại của electron $(m/s)$

$h$: hằng số Planck với $h=6.625.{10}^{-34}$$J.s$

$\lambda$: bước sóng của ánh sáng đơn sắc $\left(m\right)$

${\lambda }_0$: giới hạn quang điện của kim loại $\left(m\right)$

$c=3.{10}^{8}m/s$: tốc độ của ánh sáng trong chân không

$m=m_e=9,1.{10}^{-31}kg$

Chú thích: 

$P$: công suất bức xạ $\left(W\right)$

$N$: số photon phát ra trong 1s 

$\epsilon$: năng lượng của một photon $\left(J\right)$

Khái niệm: Hiệu suất lượng tử là tỉ số giữa số quang elêctron bứt ra khỏi catôt và số photon chiếu tới catôt trong cùng một khoảng thời gian.

Chú thích:

$H$: hiệu suất lượng tử

$n$: số electron bật ra trong 1s

$N$: số photon phát ra trong 1s

Khái niệm: Quang điện trở là một điện trở được làm bằng chất quang dẫn. Nó có cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.

Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài MegaOhm khi không được chiếu sáng xuống vài chục Ohm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

Ứng dụng: lắp vào các mạch khuếch đại trong các thiết bị điều khiển bằng ánh sáng, trong các máy đo ánh sáng.

Chú thích: 

$R$: điện trở $\left(\Omega \right)$

$\rho$: điện trở suất $(\Omega .m)$

$l$: chiều dài dây dẫn $\left(m\right)$

$S$: tiết diện dây dẫn $\left(m^2\right)$

Khái niệm: Là hiện tượng giảm điện trở suất (giảm điện trở do điện trở tỉ lệ thuận với điện trở suất). Tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

Giải thích: Khi bán dẫn được chiếu sáng bằng chùm sáng có bước sóng thích hợp thì trong bán dẫn có thêm electron dẫn và lỗ trống được tạo thành. Do đó, mật độ hạt tải điện tăng, tức là điện trở suất của nó giảm. Cường độ ánh sáng chiếu vào bán dẫn càng mạnh thì điện trở suất của nó càng nhỏ.

Ứng dụng: Khi một linh kiện vật liệu quang dẫn được kết nối như một phần của mạch, hoạt động như một "điện trở quang", phụ thuộc vào cường độ ánh sáng hoặc chất quang dẫn.

Khái niệm: Pin quang điện (còn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn (lớp chuyển tiếp).

Hiệu suất của các pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới $10\%.$

Cấu tạo: Tấm bán dẫn , bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại . Mặt trên cùng là lớp kim loại mỏng trong suốt với ánh sáng và dưới cùng là một đế kim loại.

Ứng dụng: trong các máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi,... Ngày nay người ta đã chế tạo thành công oto và máy bay chạy bằng pin quang điện.