AT.1 · Photoelectrons, reduced mass and atomic excitation

Các độ sâu dòng điện lặp lại cách đều có thể biểu thị sự mất đi lặp lại cùng một mức năng lượng kích thích, thay vì là một chuỗi các mức nguyên tử khác nhau.

Kiến thức nền tảng: 7.

• Phân biệt ngưỡng quang điện và tia X đặc trưng
• Áp dụng quy mô phổ khối lượng giảm và điền spin nhiều electron
• Giải thích khoảng cách năng lượng Franck–Hertz mà không cần tạo ra các mức mới

Động năng cực đại của electron quang điện là Kmax=hν−ϕ với tần số photon vượt ngưỡng ν0=ϕ/h. Độ lớn điện thế dừng thỏa eVs=Kmax, do đó Vs tỷ lệ tuyến tính với ν trên ngưỡng. Tăng cường độ ở tần số cố định làm tăng số lượng photon khả dụng và thường là dòng quang điện, chứ không phải động năng cực đại của electron quang điện. Dưới ngưỡng, mô hình một photon đơn giản sẽ không phát ra electron quang điện bất kể cường độ nào. Công thoát là thuộc tính của bề mặt, không tỷ lệ thuận với tần số chiếu sáng.

Tia X đặc trưng xuất hiện khi một electron lấp đầy lỗ trống trong lớp vỏ trong, phát ra photon bằng với hiệu năng lượng giữa các lớp vỏ. Các vạch sắc nét của chúng phụ thuộc vào nguyên tử mục tiêu. Tia hãm (Bremsstrahlung) sinh ra từ sự suy giảm tốc của electron năng lượng cao trong điện trường hạt nhân và tạo ra nền liên tục, với điểm cuối năng lượng được xác định bởi năng lượng electron tới. Nền liên tục và các vạch rời rạc có thể xuất hiện cùng nhau; sự tồn tại của cái này không loại trừ cái kia. Các cơ chế này khác với huỳnh quang nhìn thấy, tán xạ phonon và bắt giữ hạt.

Đối với nguyên tử hai thân giống hydro, thay khối lượng electron bằng khối lượng giảm μ=m_eM/(m_e+M). Trong mô hình Coulomb đơn giản, năng lượng các mức tỷ lệ với −μZ²/n², do đó tần số phổ tỷ lệ với μZ² và bước sóng tỷ lệ nghịch. Đối với positronium M=m_e, μ=m_e/2 và hằng số Rydberg của nó bằng một nửa giá trị khối lượng hạt nhân vô hạn. Đối với hạt nhân nặng, μ tiến gần đến m_e. Trong nguyên tử nhiều electron, sử dụng việc điền orbital và quy tắc Hund thay vì mô hình hydro: các orbital suy biến được chiếm đơn lẻ với spin song song trước khi ghép đôi. Carbon 2p² cho hai electron chưa ghép đôi và tổng spin S=1; oxygen 2p⁴ có hai electron chưa ghép đôi và cũng S=1. Các cặp đã điền đóng góp bằng không cho tổng spin.

Trong thí nghiệm Franck–Hertz, electron bị gia tốc mất năng lượng qua kích thích không đàn hồi một khi đạt ngưỡng nguyên tử. Khoảng cách lặp lại giữa các độ sâu hoặc đỉnh dòng trong điện thế gia tốc do đó có thể xác định cùng một mức năng lượng kích thích bị mất một, hai hoặc nhiều lần. Khoảng cách ΔV tương ứng với năng lượng eΔV; các đỉnh ở 4,8,12 V không nhất thiết đại diện cho ba mức năng lượng kích thích riêng biệt. Điện thế tiếp xúc và điện trường cản trở có thể dịch chuyển vị trí tuyệt đối của các đỉnh, vì vậy hãy sử dụng khoảng cách và điều kiện thiết bị được nêu. Nếu nguyên tử kích thích quay trở lại bằng một photon có năng lượng đó, bước sóng là hc/(eΔV).

Trong hiệu ứng quang điện một photon, sử dụng công thoát bề mặt phi.

Đối với năng lượng photon 4.5 eV và phi = 2.0 eV, Độ lớn điện thế dừng là 2.5 V. Cường độ cao hơn ở cùng tần số làm thay đổi tốc độ electron khả dụng, chứ không phải động năng cực đại này.

Cường độ dòng điện và điện thế dừng trả lời cho những câu hỏi khác nhau. Bao gồm khối lượng rút gọn và suy biến quỹ đạo, và sử dụng khoảng cách Franck–Hertz thay vì coi mỗi cực đại là một mức năng lượng mới.

công thoát: Năng lượng tối thiểu cần thiết để loại bỏ một electron khỏi bề mặt chỉ định.

khối lượng giảm: Khối lượng hiệu dụng hai vật m1m2/(m1+m2) cho chuyển động tương đối.