Máy Tính Hiệu Ứng Quang Điện là gì?
Công cụ này áp dụng phương trình quang điện của Einstein để tìm động năng cực đại của các electron bị bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi ánh sáng có tần số nhất định chiếu vào. Đây là một máy tính vật lý mang tính phổ quát, dựa trên các hằng số cơ bản, nên có thể dùng ở bất kỳ đâu.
Cách sử dụng
Nhập tần số của ánh sáng tới theo đơn vị ×10¹⁴ Hz (ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng 4–7,5 ×10¹⁴ Hz) và công thoát Φ của kim loại tính bằng electron-vôn (eV). Máy tính sẽ cho ra năng lượng của photon, động năng cực đại của electron, tần số ngưỡng và liệu hiện tượng bứt electron có xảy ra hay không.
Giải thích công thức
Phương trình chủ đạo là $$KE_{max} = h \cdot f - \Phi$$ trong đó \(h\) là hằng số Planck (\(6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}\)), \(f\) là tần số ánh sáng và \(\Phi\) là công thoát. Mỗi photon mang năng lượng \(E = h \cdot f\). Nếu năng lượng này lớn hơn \(\Phi\), phần dư sẽ chuyển thành động năng của electron; nếu không, sẽ không có electron nào bị bứt ra. Tần số ngưỡng được tính bằng \(f_0 = \Phi / h\).
Ví dụ minh họa
Với \(f = 10 \times 10^{14}\ \text{Hz}\) (tức \(1{,}0 \times 10^{15}\ \text{Hz}\)) và \(\Phi = 2{,}3\ \text{eV}\): năng lượng photon $$= \frac{h \cdot f}{e} = \frac{6{,}626 \times 10^{-34} \times 1{,}0 \times 10^{15}}{1{,}602 \times 10^{-19}} \approx 4{,}136\ \text{eV}.$$ $$KE_{max} = 4{,}136 - 2{,}3 \approx 1{,}836\ \text{eV}.$$ Tần số ngưỡng $$f_0 = \frac{2{,}3 \times 1{,}602 \times 10^{-19}}{6{,}626 \times 10^{-34}} \approx 5{,}56 \times 10^{14}\ \text{Hz}.$$ Vì năng lượng photon vượt quá công thoát nên electron sẽ bị bứt ra.
Câu hỏi thường gặp
Nếu năng lượng photon nhỏ hơn công thoát thì sao? Sẽ không có electron nào bị bứt ra; \(KE_{max}\) được báo là 0 và mục "Electron có bị bứt ra không?" sẽ hiển thị "Không".
Vì sao tần số lại dùng đơn vị ×10¹⁴ Hz? Tần số của ánh sáng nhìn thấy và cận nhìn thấy vào khoảng \(10^{14}\ \text{Hz}\), nên thang đo này giúp các con số nhập vào gọn gàng, dễ dùng hơn.
Cường độ ánh sáng có ảnh hưởng không? Cường độ chỉ ảnh hưởng đến số lượng electron, chứ không ảnh hưởng đến động năng cực đại của chúng — chỉ có tần số và công thoát mới quyết định \(KE_{max}\).
