Hiện tượng quang điện 2

Hiện tượng quang điện 2Giải thích các định luật quang điện a) Giải thích định luật thứ nhất : Theo công thức Anhxtanh, để xảy ra hiện tượng quang điện, phôtôn của ánh sáng kích thích phải có năng lượng lớn hơn hoặc bằng công thoát A : ε = hf ³ A hay hc/λ ³ A Þ λ ³ hc/A Þ λ
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hiện tượng quang điện 2 Hiện tượng quang điện 2 Giải thích các định luật quang điện a) Giải thích định luật thứ nhất : Theo công thức Anhxtanh, để xảy ra hiện tượng quang điện, phôtôn của ánhsáng kích thích phải có năng lượng lớn hơn hoặc bằng công thoát A : ε = hf ³ Ahay hc/λ ³ A Þ λ ³ hc/A Þ λ < λ0 b) Giải thích định luật thứ hai: Với 0, nếu cường độ chùm sáng kích thích càng lớn thì trong một đơn vị thờigian: số phôtôn đến đập vào mặt catôt càng nhiều, số electron quang điện bị bật racàng nhiều. Do đó cường độ quang điện bão hòa càng lớn. c) Giải thích định luật thứ ba : Theo công thức Anhxtanh : hf = A + 1/2mv20 max ta thấy động năng ban đầu cực đại của electron quang điện chỉ phụ thuộc vàotần số f (hay bước sóng ) của ánh sáng kích thích và công thoát A (A phụ thuộcvào bản chất kim loại). Nhiên liệu hóa thạch theo tính toán của các nhà khoa học và môi trường học sẽcạn kiệt trong vòng 50 năm nữa nếu cứ sử dụng với tốc độ hiện nay. Việc tìm nănglượng thay thế là bài toán cấp bách của toàn nhân loại . Có ý kiến cho rằng điệnhạt nhân là một giải pháp, nhưng với mức độ an toàn và bản chất của quá trìnhkhông thuận nghịch của phản ứng hạt nhân không cho ta kết quả như mong đợi.Năng lượng mặt trời xét về lâu dài mới là giải pháp cho tương lai. Một trong cácnguyên nhân khác của việc sử dụng năng lượng mặt trời đó là do tính sạch của nóvề mặt môi trường. Trong quá trình sử dụng nó không sinh ra khí nhà kính hay gâyra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu toàn cầu. Việc dạy học gắn với nội dung nàynhằm giáo dục ý thức môi trường và sự chuẩn bị hành trang cho chủ nhân tươnglai là cần thiết và phù hợp . Có 2 cách chính sử dụng năng lượng mặt trời - Sử dụng dưới dạng nhiệt năng : lò hấp thụ mặt trời, nhà kính... - Sử dụng thông qua sự chuyển hoá thành điện năng: Hệ thống pin mặt trời Câu hỏi đặt ra là pin mặt trời hoạt động thế nào Pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn ( thường gọilà hiệu ứng quang điện trong - quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều từ ánhsáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic tinhthể. Để hiểu về nguyên lý làm việc của pin mặt trời loại này chúng ta cần biết mộtvài đặc điểm của chất bán dẫn Silic. Trong bảng tuần hoàn Silic (Si) có số thứ tự 14- 1s22s22p63s23p2 . Các điện tửcủa nó được sắp xếp vào 3 lớp vỏ. 2 lớp vỏ bên trong được xếp đầy bởi 10 điện tử.Tuy nhiên lớp ngoài cùng của nó chỉ được lấp đầy 1 nửa với 4 điện tử 3s23p2.Điều này làm nguyên tử Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó với cácnguyên tử Si khác. Trong cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử Si liên kết với 4nguyên tử Si lân cận để lớp vỏ ngoài cùng có chung 8 điện tử (bền vững). Tinh thể Si tinh khiết là chất bán dẫn dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam giữbởi liên kết mạng, không có điện tử tự do. Chỉ trong điều kiện kích thích quang,hay nhiệt làm các điện tử bị bứt ra khỏi hiên kết, hay nói theo ngôn ngữ vùng nănglượng là các điện tử (tích điện âm) nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn bỏ lại vùnghóa trị 1 lỗ trống (tích điện dương), thì khi đó chất bán dẫn mới dẫn điện. Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn silicon người ta thường pha tạp chất vàotrong đó. Trước tiên ta xem xét trường hợp tạp chất là nguyên tử phospho (P) vớitỷ lệ khoảng một phần triệu. P có 5 điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng nên khi liên kếttrong tinh thể Si sẽ dư ra 1 điện tử. Điện tử này trong điều kiện bị kích thích nhiệtcó thể bứt khỏi liên kết với hạt nhân P để khuếch tán trong mạng tinh thể. Chất bán dẫn Si pha tạp P được gọi là bán dẫn loại N (Negative) vì có tính chất dẫn điện bằng các điện tử tự do. Ngược lại, nếu chúngta pha tạp tinh thể Si bằng các nguyên tử Boron (B) chỉ có 3 điện tử ở lớp vỏ,chúng ta sẽ có chất bán dẫn loại P (Positive) có tính chất dẫn điện chủ yếu bằngcác lỗ trống. Điều gì sẽ xảy ra khi ta cho 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với nhau. Khi đó, cácđiện tử tự do ở gần mặt tiếp xúc trong bán dẫn loại N sẽ sẽ khuyếch tán từ bán dẫnloại N -> bán dẫn loại P và lấp các lỗ trống trong phần bán dẫn loại P này. Liệu các điện tử tự do của bán dẫn N có bị chạy hết sang bán dẫn P hay không?Câu trả lời là không. Vì khi các điện tử di chuyển như vậy nó làm cho bán dẫn Nmất điện tử và tích điện dương, ngược lại bán dẫn P tích điện âm. Ở bề mặt tiếpxúc của 2 chất bán dẫn bây giờ tích điện trái ngược và xuất hiện 1 điện trườnghướng từ bán dẫn N sang P ngăn cản dòng điện tử chạy từ bán dẫn N sang P. Vàtrong khoảng tạo bởi điện trường này hầu như không có e hay lỗ trống tự do . Thiết bị mà chúng ta vừa mô tả ở trên chính là 1 đi ốt bán dẫn. Điện trường tạora ở bề mặt tiếp xúc làm nó chỉ cho phép dòng điện tử chạy theo 1 chiều, ở đây làtừ bán dẫn loại P sang bán dẫn loại N, dòng điện tử sẽ không được phép chạy theohướng ngược l ...