Giải Câu hỏi trang 67 Chuyên đề Vật lí 12

Lời giải

Phân tích hiện tượng. Điện trở quang (quang trở) được chế tạo từ vật liệu bán dẫn. Theo lí thuyết vùng năng lượng, ở bán dẫn tinh khiết có một vùng hóa trị đầy electron và một vùng dẫn gần như trống, hai vùng này ngăn cách nhau bởi một vùng cấm có độ rộng năng lượng $E_g$ không quá lớn.

a) Khi chưa được chiếu sáng (hoặc chiếu sáng yếu).
Ở nhiệt độ thường, chỉ có rất ít electron nhận đủ năng lượng để vượt vùng cấm lên vùng dẫn. Vì vậy số hạt tải điện (electron ở vùng dẫn và lỗ trống ở vùng hóa trị) rất ít → mật độ hạt tải điện nhỏ → điện trở của quang trở rất lớn.

b) Khi được chiếu sáng.
Ánh sáng chiếu tới mang năng lượng dưới dạng các photon, mỗi photon có năng lượng

$$\varepsilon = h f = \dfrac{hc}{\lambda}.$$

Nếu năng lượng photon đủ lớn, thỏa mãn điều kiện

$$\varepsilon = \dfrac{hc}{\lambda} \ge E_g,$$

thì photon bị electron ở vùng hóa trị hấp thụ và truyền năng lượng cho electron này, giúp nó nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Mỗi electron chuyển lên vùng dẫn đồng thời để lại một lỗ trống ở vùng hóa trị, nghĩa là tạo thêm một cặp electron – lỗ trống tham gia dẫn điện.

Do đó, khi được chiếu sáng, số hạt tải điện tăng mạnh → mật độ hạt tải điện tăng → điện trở của quang trở giảm xuống.

c) Sự phụ thuộc vào cường độ sáng.
Cường độ sáng càng lớn thì số photon đập vào trong mỗi giây càng nhiều → càng nhiều cặp electron – lỗ trống được tạo ra → số hạt tải điện càng tăng → điện trở của quang trở càng nhỏ. Ngược lại, khi cường độ sáng giảm thì điện trở tăng trở lại. Nhờ đặc điểm này, quang trở được dùng làm cảm biến ánh sáng.

Kết luận. Khi được chiếu sáng, ánh sáng cung cấp năng lượng cho electron vượt vùng cấm từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, làm tăng số hạt tải điện nên điện trở của điện trở quang giảm; cường độ sáng càng mạnh thì điện trở càng nhỏ.

Đáp số