Thư Viện Công Thức Vật Lý

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).

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 $\left(J\right)$

Khái niệm: Muốn cho electron bứt ra khỏi mặt kim loại phải cung cấp cho nó một công để "thắng" các liên kết. Công này gọi là công thoát.

Chú thích:

$A$: công thoát $\left(J\right)$

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

${\lambda }_0$: bước sóng của ánh sáng đơn sắc $\left(m\right)$

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

Chú thích:

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$Q$: điện tích tụ điện $\left(C\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai bản tụ $\left(V\right)$

Lưu ý thêm:

- Cách ghép nối tiếp làm giảm điện dung tương tương của bộ tụ xuống. Điện dung tương đương luôn nhỏ hơn từng điện dung thành phần.

- Khi ghép nối tiếp nếu tất cả các tụ đều giống nhau thì $C_{tđ}=\frac{C}{n}$.

- Trong trường hợp chỉ có duy nhất 2 tụ ghéo nối tiếp thì $C_{tđ}=\frac{C_1.C_2}{C_1+C_2}$

Chú thích:

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$Q$: điện tích tụ điện $\left(C\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai bản tụ $\left(V\right)$

Lưu ý thêm:

- Trong trường hợp tất cả cả tụ điện đều giống nhau thì $C_{td}=n.C$.

- Cách ghép song song làm tăng điện dung của tụ điện phẳng, điện dung tương đương luôn lớn hơn từng điện dung thành phần.

Phát biểu: Quỹ đạo của một hạt điện tích trong một từ trường đều, với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường, là một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường.

Chú thích: 

$R$: bán kính của quỹ đạo tròn $\left(m\right)$

$m$: khối lượng của hạt điện tích $\left(kg\right)$

$v$: vận tốc của hạt $(m/s)$

$q_0$: độ lớn điện tích $\left(C\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

Phát biểu: Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông góc với từ trường. Trong mặt phẳng đó, lực Lorentz luôn vuông góc với vận tốc $\overrightarrow{v}$, đồng thời đóng vai trò là lực hướng tâm. Quỹ đạo ở đây là một đường tròn.

Chú thích: 

$f$: lực Lorentz $\left(N\right)$

$m$: khối lượng của hạt điện tích $\left(kg\right)$

$v$: vận tốc của hạt $(m/s)$

$R$: bán kính của quỹ đạo tròn $\left(m\right)$

$q_0$: độ lớn điện tích $\left(C\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

Phát biểu: Lực Lorentz do từ trường có cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tác dụng lên một hạt điện tích $q_0$ chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{v}$:

Đặc điểm:

- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.

- Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái mở rộng sao cho các từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của $\overrightarrow{v}$$\left(M_1{M}_2\right)$ khi $q_0>0$ và ngược chiều $\overrightarrow{v}$$\left(M_1{M}_2\right)$khi $q_0<0$. Lúc đó, chiều của lực Lorentz là chiều ngón cái choãi ra.

Chú thích: 

$f$: lực Lorentz $\left(N\right)$

$q_0$: độ lớn hạt điện tích $\left(C\right)$

$v$: vận tốc của hạt điện tích $(m/s)$

$B$: cảm ứng từ của từ trường $\left(T\right)$

Trong đó: $\alpha$ là góc tạo bởi $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.

Ứng dụng thực tế:

Lực Lorentz có nhiều ứng dụng trong khoa học và công nghệ: đo lường điện từ, ống phóng điện tử trong truyền hình, khối phổ kế, các máy gia tốc...

Hendrik Lorentz (1853 - 1928)

Phát biểu: Lượng điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển có hướng các điện tích.

Chú thích: 

$A$: điện năng tiêu thụ của đoạn mạch ($J)$

$U$: hiệu điện thế $\left(V\right)$

$q$: độ lớn của điện tích $\left(C\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Vận dụng: Điện năng tiêu thụ thông thường được đo bằng đồng hồ điện, hay còn gọi là công tơ điện.

Đơn vị đo: 1 $kWh$ = 3600000 $Ws$ = 3600000 $J$ 

Khái niệm: Suất điện động $\mathcal{E}$ của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện, được đo bằng thương số giữa công $A$ của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương $q$ ngược chiều điện trường bên trong nguồn điện và độ lớn của điện tích $q$ đó.

Chú thích:

$\mathcal{E}$: suất điện động $(V, J/C)$

$A$: công của lực lạ $\left(J\right)$

$q$: độ lớn của điện tích $\left(C\right)$

Điện trở trong của nguồn điện: Nguồn điện cũng là một vật dẫn và cũng có điện trở. Điện trở này được gọi là điện trở trong của nguồn điện.

Ký hiệu: $r$ $\left(\Omega \right)$