Phát quang là gì? Phát quang được ứng dụng trong đời sống như thế nào? Phân biệt phát quang, quang – phát quang với phản quang? Cùng bài viết này tìm hiểu lý thuyết và bài tập áp dụng nhé:
– Khái niệm: Hiện tượng phát quang là hiện tượng có một số chất (rắn, lỏng, khí) khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng năng lượng nào đó thì sẽ có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong một miền ánh sáng nhìn thấy.
– Ánh sáng phát quang có bước sóng λ’ dài hơn bước sóng λ của ánh sáng kích thích: λ’ > λ
– Phân loại: Hiện tượng phát quang được chia làm 5 loại chính đó là
+) Nhiệt phát quang: khi cháy hòn than dần nóng đỏ, sợi dây tóc của đèn sợi đốt.
+) Điện phát quang: đèn led
+) Hóa phát quang: sự phát sáng của đóm đóm.
+) Quang phát quang: đèn ống huỳnh quang.
+) Phát quang catôt: xuất hiện ở màn hình vô tuyến.
– Ứng dụng: ngày nay hiện tượng phát quang được ứng dụng phổ biến và được sử dụng trong đèn ống huỳnh quang, trong màn hình dao động ký, ti vi, máy tính, sử dụng sơn phát quang quét trên các biển báo giao thông
2. Hiện tượng quang – phát quang:
– Khái niệm: Hiện tượng quang – phát quang là việc một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước khác.
Ví dụ như: Chiếu một chùm bức xạ tử ngoại vào trong ống nghiệm có chứa dung dịch fluorexêin. Sau đó quan sát thấy được dung dịch phát ra ánh sáng màu lục. Khi đó ta nói tia tử ngoại chính là ánh sáng kích thích, ánh sáng màu lục là ánh sáng phát quang.
– Phân loại: Hiện tượng quang – phát quang được phân loại làm 2 loại chính:
+) Huỳnh quang: là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10-8s). Nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích.
+) Lân quang: là sự phát quang có thời gian phát quang dài 10-8s trở lên). Lân quang thường xảy ra với chất rắn. Các chất phát quang loại này gọi là chất lân quang.
– Ứng dụng của hiện tượng quang phát quang:
+ Người ta ứng dụng hiện tượng quang phát quang trong đèn led. Ánh sáng của đom đóm chính là hiện tượng quang phát quang.
+ Các hoạt chất kim loại như đồng, bạc giúp gia tăng thời gian phát sáng. Nếu pha thêm niken có thể làm giảm thời gian phát sáng.
+ Sulfua kẽm (ZnS) với 5 ppm đồng thường được dùng làm đồ chơi lân quang. Hỗn hợp sulfua kẽm và sulfua cadmi (CdS) có thể tạo ra màu sắc tùy theo nồng độ trộn; và có thể phát sáng từ 1 đến 10 giờ. SrAlO3 pha với Eu là lân quang xanh sáng lâu. Hỗn hợp CaS và SrS pha thêm Bi có thể sáng 12 tiếng đồng hồ. Các chất này có thể được trộn cùng vật liệu chế tạo đồ vật hay pha vào mực hoặc sơn in.
+ Loại chất phát quang do hai chất kẽm sunfua, hoặc CaS và chất phóng xạ tạo thành. Để ánh sáng có thể phát ra liên tục người ra thêm vào đó một ít chất phóng xạ như C, S, Sr, Tl, Ra hoặc đồng vị Po
+ Đa số các vật liệu lân quang cho ra ánh sáng màu xanh. Vật liệu màu đỏ thường có thời gian phát sáng ngắn hơn.
3. Định luật Xtốc về sự phát quang:
– Định luật Xtốc về sự phát quang phát biểu như sau: Ánh sáng phát quang có bước sóng λ’ dài hơn bước sóng λ của ánh sáng kích thích, hay λ’ > λ.
– Đặc điểm của hiện tượng phát quang là:
+ Các electron thường nằm ở trạng thái lượng tử cân bằng bền có mức năng lượng và spin xác định trong phân tử. Khi có photon hay các kích thích khác như các hạt electron, hạt alpha,… có năng lượng thích hợp bay vào phân tử thì electron trong phân tử sẽ hấp thụ năng lượng của hạt bay vào đó và trở thành trạng thái có năng lượng cao hơn.
+ Việc các electron thay đổi lên trạng thái mới gọi là trạng thái kích thích, khi đó sẽ dễ dàng diễn ra sự thay đổi về năng lượng khi không có sự thay đổi của spin. Lúc đó trạng thái mới tồn tại không lâu và các electron này lại dễ dàng rơi trở về trạng thái cơ bản ban đầu, sẽ giải phóng photon (hiện tượng huỳnh quang – quang năng) hoặc phonon (thả năng lượng ra ở dạng dao động nhiệt – nhiệt năng).
+ Tuy nhiên, ở các chất rắn phát quang (lân quang), một phần nhỏ electron khi ở trạng thái kích thích có thể thay đổi spin chuyển sang trạng thái có spin khác nhưng không làm thay đổi năng lượng. Khi ở trạng thái này, trong phân tử có cả spin và năng lượng khác với spin và năng lượng của trạng thái cơ bản, các electoron không dễ dàng trở về được trạng thái cơ bản do bị cấm bởi
+ Để trở về trạng thái cơ bản có thể diễn ra dễ dàng khi không có sự thay đổi spin, chỉ có sự thay đổi về năng lượng. Lúc đó trạng thái mới tồn tại không lâu và electron dễ dàng rơi trở về trạng thái cơ bản; giải phóng ra photon (quang năng – hiện tượng huỳnh quang) hay nhả năng lượng ra ở dạng dao động nhiệt (nhiệt năng); đây là hiện tượng diễn ra trên đa số các vật màu tối: chúng hấp thụ ánh sáng và nóng lên).
– Năng lượng mất mát trong quá trình hấp thụ phô tôn:
– Công thức
– Công thức hiệu suất phát quang:
4. Phân biệt phát quang và phản quang:
– Khi có sự chiếu sách của tia sáng hay ánh sáng đèn đến vật có phủ phản quản sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ lại ánh sáng tới (màu sắc trên các tấm phản quang không đổi). Hiện tượng này gọi là là gọi là phản quang, khác hoàn toàn với hiện tượng quang – phát quang (hấp thụ ánh sáng có màu sắc này và phát ra ánh sáng sẽ có màu khác). Phản quang giúp cho con người có thể quan sát vật đó từ xa một cách dễ dàng hơn.
– Ứng dụng: Tấm phản quang được sử dụng lên áo
5. Bài tập về hiện tượng quang phát quang:
Câu 1: Vật nào phát sáng dưới đây gọi là sự phát quang
A. Tia lửa điện
B. Hồ quang
C. Bóng đèn ống
D. Bóng đèn pin
Giải:
Bóng đèn ống là vật có sự phát quang.
Đáp án C
Câu 2: Ở điều kiện nào thì xảy ra sự phát quang
A. Nhiệt độ bình thường
B. Nhiệt độ cao
C. Mọi nhiệt độ
D. Tất cả các chất, khi được kích thích bởi ánh sáng thích hợp
Giải:
Ở điều kiện nhiệt độ bình thường thì có sự phát quang.
Đáp án A
Câu 3: Trong các hiện tượng dưới đây, hiện tượng nào không phải hiện tượng quang phát quang
A. Đầu cọc chỉ giới hạn đường được sơn vàng và đỏ
B. Đèn huỳnh quang (đèn ống thông dụng)
C. Ngọc phát sáng trong bóng tối (viên dạ minh châu)
D. Đom đóm
Giải:
Đom đóm phát sáng được là do hiện tượng phát quang.
Đáp án D
Câu 4: Một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexein được chiếu bởi một chùm tia tử ngoại thì xuất hiện ánh sáng màu lục. Hiện tượng này gọi là
A. Hóa – phát quang
B. Phản xạ ánh sáng
C. Tán sắc ánh sáng
D. Quang – phát quang
Giải:
Dung dịch phát ra ánh sáng màu lục khi chiếu chùm tia tử ngoại vào dung dịch fluorexein. Đây là hiện tượng quang phát quang.
Đáp án D
Câu 5: Tần số 6.1014 Hz là tần số ánh phát quang của một chất. Hỏi nếu chiếu ánh sáng có bước sóng là bao nhiêu thì chất đó sẽ không phát quang
A. 0,3
B. 0,4
C. 0,5
D. 0,6
Đáp án D
Câu 6: Trong các hiện tượng sau: hiện tượng nào là hiện tượng quang – phát quang?
A. Than đang cháy hồng B. Đom đóm nhấp nháy
C. Màn hình ti vi sáng D. Đèn ống sáng
Giải:
– Than cháy hồng là nguồn sáng do phản ứng đốt cháy
– Đom đóm nhấp nháy là hiện tượng hóa phát quang
– Màn hình ti vi là hiện tượng phát quang ca tốt
– Đèn ống sang là hiện tượng quang phát quang.
Câu 7: Một chât phát quang có khả năng phát ra ánh sáng có bước sóng λp = 0,7 μm. Hỏi nếu chiếu vào ánh sáng nào dưới đây thì sẽ không thể gây ra hiện tượng phát quang?
A. 0,6 μm B. 0,55 μm C. 0,68 μm D. Hồng ngoại
Giải:
Theo định luật Stock về hiện tượng phát quang ta có λk ≤ λp = 0,7 μm
=> Chỉ có tia Hồng ngoài có λhồngngoại > λp = 0,7 μm => Không có hiện tượng quang phát quang xảy ra
Câu 8: Một vật có thể phát ra ánh sáng phát quang màu đỏ với bước sóng λ = 0.7 μm. Hỏi nếu chiếu vật trên bằng bức xạ có bước sóng λ = 0,6 μm thì mỗi phô ton được hấp thụ và phát ra thì phần năng lượng tiêu hao là bao nhiêu?
A. 0,5 MeV B. 0,432 eV C. 0,296 eV D. 0,5 eV
Giải:
Câu 9: Trong hiện tượng quang — phát quang, sự hấp thụ hoàn toàn một phôtôn sẽ:
A. giải phóng một êlectron tự đo.
B. giải phóng một êlectron liên kết.
C. giải phóng một cặp êlectron và lỗ trống.
D. phát ra một phôtôn khác.
Đáp án: D
