Bước sóng ánh sáng trong môi trường chiết suất n - vật lý 12

Khái niệm:

- Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. 

- Chiết suất tuyệt đối của một môi trường đặc trưng cho độ giảm tốc hay mức độ gãy khúc của tia sáng (hay bức xạ điện từ nói chung) khi chuyển từ môi trường vật chất này sang một môi trường vật chất khác.

Đơn vị tính: không có

Chiết suất của một số môi trường.

Khái niệm: 

Về bản chất Vật Lý, sóng ánh sáng là sóng điện từ. Vì vậy ánh sáng mang đầy đủ tính chất của một sóng điện từ bình thường. Tần số ánh sáng luôn luôn không thay đổi khi truyền qua những môi trường khác nhau. 

Đơn vị tính: Hertz $\left(Hz\right)$

Khái niệm:

- Ánh sáng là một bức xạ điện từ và có sóng. Vì sóng ánh sáng cũng giống như sóng biển, sẽ có sóng lớn và sóng nhỏ. Độ lớn của sóng gọi là bước sóng.

- Theo vật lý, bước sóng chính là khoảng cách gần nhất dao động cùng pha. Có thể hiểu đơn giản, nó là khoảng cách giữa 2 đỉnh của sóng (gọi là điểm dao động cực đại) gần nhau nhất, là giữa 2 cấu trúc lặp lại của sóng.

Đơn vị tính: mét ($m$)

Khái niệm:

- Trong môi trường khác nhau thì vận tốc truyền cũng khác nhau dẫn đến sự thay đổi bước sóng.

- Những thay đổi này không ảnh hưởng đến tần số của sóng điện từ. Trong môi trường nước thì bước sóng điện từ giảm.

Đơn vị tính: Micrometer $\left(\mu m\right)$

Khái niệm:

Sau khi đi qua môi trường chiết suất n thì ánh sáng có vận tốc giảm đi n lần.

Đơn vị tính: $m/s$

Khái niệm: Tỉ số không đổi $\frac{\sin i}{\sin r}$ trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối $n_{21}$ của môi trường (2) (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường (1) (chứa tia tới).

Chú thích:

$n_{21}$: chiết suất tỉ đối

$i$: góc tới; $r$: góc khúc xạ

Lưu ý:

- Nếu $n_{21}>1$ thì $r<i$: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).

- Nếu $n_{21}<1$ thì $r>i$: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1).

Phát biểu: Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.

Chú thích:

$n_{21}$: chiết suất tuyệt đối

$n_2$: chiết suất tuyệt đối của môi trường (2) (chứa tia khúc xạ)

$n_1$: chiết suất tuyệt đối của môi trường (1) (chứa tia tới)

Bảng chiết suất của một số môi trường

Chú thích:

$n_1$: chiết suất của môi trường (1) chứa tia tới

$i$: góc tới

$n_2$: chiết suất của môi trường (2) chứa tia khúc xạ

$r$: góc khúc xạ

+ Nếu $n_1<n_2$ (môi trường tới chiết quang kém môi trường khúc xạ) thì $i>r$ (tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn).

+ Nếu $n_1>n_2$ (môi trường tới chiết quang hơn môi trường khúc xạ) thì  $i<r$ (tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn).

Phát biểu: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng $hf$, trong đó $f$ là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra; còn $h$ là một hằng số.

Chú thích:

$\epsilon$: năng lượng $\left(J\right)$

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

$f$: tần số của ánh sáng đơn sắc $\left(Hz\right)$

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

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

Thuyết lượng tử ánh sáng:

- Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon.

- Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số $f$, các photon đều giống nhau, mỗi photon mang năng lượng bằng $hf$.

- Trong chân không, photon bay với tốc độ $c=3.{10}^8$$m/s$ dọc theo các tia sáng.

- Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một photon.

- Photon chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có photon đứng yên.

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).