CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ 1 Dao động điều hòa Dao động cơ, dao động tuần hoàn + Dao động cơ là chuyển động qua lại của vật quanh một vị trí cân bằng + Dao động tuần hoàn là dao động được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau Khoảng thời gian ngắn nhất để dao động được lặp lại như cũ gọi là chu kỳ dao động Dao động điều hòa + Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian + Phương trình dao động x = Acos((t + (); trong đó A, ( và ( là nh.
CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ Dao động điều hòa: * Dao động cơ, dao động tuần hoàn + Dao động chuyển động qua lại vật quanh vị trí cân + Dao động tuần hồn dao động lặp lại cũ sau khoảng thời gian Khoảng thời gian ngắn để dao động lặp lại cũ gọi chu kỳ dao động * Dao động điều hòa + Dao động điều hịa dao động li độ vật hàm côsin (hay sin) thời gian + Phương trình dao động: x = Acos(t + ); A, số * Các đại lượng đặc trưng dao động điều hoà + Li độ dao động x tọa độ vật tính từ vị trí cân + Biên độ A giá trị cực đại li độ x + Pha dao động đối số hàm số côsin: t + , cho phép ta xác định li độ x thời điểm t + Pha ban đầu pha dao động thời điểm ban đầu (t = 0); đơn vị pha dao động radian (rad) + Tần số góc tốc độ biến đổi góc pha; đơn vị rad/s + Chu kì T dao động điều hòa khoảng thời gian để thực dao động toàn phần; đơn vị giây (s) + Tần số f dao động điều hòa số dao động toàn phần thực giây; đơn vị héc (Hz) + Liên hệ , T f: = 2 = 2f T Các đại lượng biên độ A pha ban đầu phụ thuộc vào cách kích thích ban đầu làm cho hệ dao động, cịn tần số góc (chu kì T, tần số f) phụ thuộc vào cấu tạo hệ dao động * Vận tốc gia tốc vật dao động điều hoà + Vận tốc đạo hàm bậc li độ theo thời gian: v = x' = - Asin(t + ) = Acos(t + + ) Véc tơ vận tốc hướng theo chiều chuyển động + Gia tốc đạo hàm bậc vận tốc (đạo hàm bậc hai li độ) theo thời gian: a = v' = x’’ = - 2Acos(t + ) = - 2x Véc tơ gia tốc ln hướng vị trí cân bằng, có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ + Vận tốc biến thiên điều hòa tần số, sớm pha tần số ngược pha với li độ (sớm pha so với với li độ Gia tốc biến thiên điều hòa so với vận tốc) + Khi chuyển động từ vị trí biên vị trí cân độ lớn vận tốc tăng, độ lớn gia tốc giảm Khi chuyển động từ vị trí cân vị trí biên độ lớn vận tốc giảm, độ lớn gia tốc tăng + Tại vị trí biên (x = A), v = 0; |a| = amax = 2A + Tại vị trí cân (x = 0), |v| = vmax = A; a = * Liên hệ dao động điều hòa chuyển động tròn Hình chiếu điểm M chuyển động trịn lên trục Ox nằm mặt phẵng quỹ đạo dao động điều hịa với phương trình: x = OP = Acos(t + ) Trong đó: P hình chiếu M trục Ox; x = OP tọa độ điểm P; OM = A bán kính đường trịn; tốc độ góc; góc hợp bán kính OM với trục Ox thời điểm ban đầu (t = 0); v = A tốc độ dài điểm M (bằng vận tốc cực đại vật dao động điều hòa) Quỹ đạo chuyển động vật dao động điều hòa (điểm P) đoạn thẳng có chiều dài L = 2A (bằng đường kính đường trịn) * Lực, phương trình động lực học đồ thị dao động điều hòa + Lực kéo (còn gọi lực hồi phục) lực (hoặc hợp lực) tác dụng lên vật làm cho vật dao động điều hòa: F m2 x kx Lực kéo ln hướng vị trí cân có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ Lực kéo có độ lớn cực đại vật vị trí biên, có độ lớn cực tiểu (bằng 0) vật vị trí cân + Phương trình dao động điều hịa x = Acos(t + ) nghiệm phương trình x’’ + 2x = Phương trình x’’ + 2x = gọi phương trình động lực học dao động điều hòa + Đồ thị biểu diễn mối liên hệ li độ, vận tốc gia tốc vật dao động điều hòa theo thời gian đường hình sin Con lắc lị xo: Con lắc lị xo gồm lị xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, đầu gắn cố định, đầu gắn với vật nặng khối lượng m, kích thước nhỏ, đặt theo phương ngang, treo thẳng đứng đặt mặt phẵng nghiêng * Tần số góc, chu kì, tần số lắc lị xo (đặt nằm ngang, treo thẳng đứng, đặt mặt phẵng nghiêng): k m ; T = 2 ;f= 2 m k g mg k Con lắc lò xo treo thẳng đứng: l0 = ;= = l0 k m = k m Con lắc lò xo đặt mặt phẵng nghiêng: l0 = mg sin ;= k g sin l0 k = m Trong l0 độ biến dạng lò xo vị trí cân * Năng lượng lắc lị xo: mv = m2A2sin2(t+) 2 1 + Thế năng: Wt = kx2 = k A2cos2(t + ) 2 + Động năng: Wđ = Động năng, vật dao động điều hòa biến thiên tuần hoàn với ’ = 2; f’ = 2f T’ = + Cơ năng: W = Wt + Wđ = T 2 kA = m2A2 = số 2 Cơ vật dao động điều hòa (chọn mốc vị trí cân bằng) cực đại (thế vị trí biên) động cực đại (động vị trí cân bằng) Con lắc đơn: Con lắc đơn gồm vật nặng treo vào sợi dây khơng giãn, vật nặng có kích thước khơng đáng kể, sợi dây có khối lượng khơng đáng kể * Phương trình dao động (khi 100): s = S0cos(t + ) = 0 cos(t + ); với = S s ; 0 = l l * Chu kỳ, tần số, tần số góc lắc đơn: T = 2 l ; f= g 2 g ;= l g l * Các yếu tố ảnh hưởng đến chu kỳ dao động lắc đơn: Vì T = 2 l nên chu kỳ dao động lắc đơn thay đổi chiều dài dây treo lắc gia tốc g rơi tự thay đổi Chiều dài l phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường, cịn gia tốc rơi tự phụ thuộc vào vĩ độ địa lý độ cao độ sâu so với mặt đất nên chu kỳ dao động lắc đơn phụ thuộc vào yếu tố Nếu trọng lực ra, lắc đơn chịu thêm lực F không đổi khác (lực điện trường, lực quán tính, lực đẩy Acsimet, ), trọng lực biểu kiến tác dụng lên vật là: P ' = P + F , gia tốc rơi tự biểu kiến là: g ' = g + F Khi chu kì dao động lắc đơn là: T’ = 2 m * Lực kéo biên độ góc nhỏ: F = - l g' mg s l * Khi lắc đơn dao động lực căng sợi dây tác dụng vào vật thay đổi Hợp lực trọng lực lực căng sợi dây gây gia tốc hướng tâm cho vật nên ta có: T - mgcos = m v2 l * Ứng dụng: xác định gia tốc rơi tự nhờ đo chu kì chiều dài lắc đơn: g = 4 l T2 * Năng lượng lắc đơn: + Động năng: Wđ = mv + Thế năng: Wt = mgl(1 - cos) + Cơ năng: W = Wt + Wđ = mgl(1 - cos0) Khi 100 Wt = 1 mgl2; W = mgl ; (, 0 tính rad) 2 Dao động tắt dần, dao động cưởng bức: * Dao động tắt dần + Khi khơng có ma sát, lắc dao động điều hịa với tần số riêng f Tần số riêng lắc phụ thuộc vào đặc tính lắc + Dao động có biên độ (và năng) giảm dần theo thời gian gọi dao động tắt dần Nguyên nhân làm tắt dần dao động lực ma sát, lực cản môi trường làm tiêu hao lắc, chuyển hóa dần thành nhiệt Vì biên độ lắc giảm dần cuối lắc dừng lại + Ứng dụng: thiết bị đóng cửa tự động, phận giảm xóc tơ, xe máy, … ứng dụng dao động tắt dần * Dao động trì Nếu ta cung cấp thêm lượng cho vật dao động có ma sát để bù lại tiêu hao ma sát mà khơng làm thay đổi chu kì riêng dao động kéo dài gọi dao động trì * Dao động cưởng + Dao động chịu tác dụng ngoại lực cưởng tuần hoàn gọi dao động cưởng + Dao động cưởng ỗn định có biên độ khơng đổi có tần số tần số lực cưởng + Biên độ dao động cưởng phụ thuộc vào biên độ lực cưởng bức, vào lực cản hệ vào chênh lệch tần số cưởng f tần số riêng f hệ Biên độ lực cưởng lớn, lực cản nhỏ chênh lệch f f0 biên độ dao động cưởng lớn * Cộng hưởng + Hiện tượng biên độ dao động cưởng tăng dần lên đến giá trị cực đại tần số f lực cưởng tiến đến tần số riêng f0 hệ dao động gọi tượng cộng hưởng + Điều kiện f = f0 gọi điều kiện cộng hưởng + Đường cong biểu diễn phụ thuộc biên độ vào tần số cưởng gọi đồ thị cộng hưởng Nó nhọn lực cản môi trường nhỏ + Tầm quan trọng tượng cộng hưởng: Tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe, hệ dao động có tần số riêng Phải cẩn thận không chúng chịu tác dụng lực cưởng mạnh, có tần số gần với tần số riêng chúng để tránh cộng hưởng, gây dao động mạnh làm gãy, đổ Hộp đàn đàn ghi ta, viôlon, hộp cộng hưởng với nhiều tần số khác dây đàn làm cho tiếng đàn nghe to, rỏ Tổng hợp dao động điều hòa: + Mỗi dao động điều hòa biểu diễn véc tơ quay Véc tơ có gốc gốc tọa độ trục Ox, có độ dài biên độ dao động A, hợp với trục Ox góc ban đầu quay quanh O theo chiều ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ góc + Phương pháp giãn đồ Fre-nen dùng để tổng hợp hai dao động điều hòa phương, tần số: vẽ hai véc tơ quay A A biểu diễn hai phương trình dao động thành phần Sau vẽ véc tơ tổng hợp hai véc tơ Véc tơ tổng A = A + A véc tơ quay biểu diễn phương trình dao động tổng hợp + Nếu vật tham gia đồng thời hai dao động điều hoà phương, tần số với phương trình: x1 = A1cos(t + 1) x2 = A2cos(t + 2), dao động tổng hợp là: x = x1 + x2 = Acos(t + ) Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấy: A2 = A12 + A22 + A1A2 cos (2 - 1); tan = A1 sin A2 sin A1 cos A2 cos Biên độ pha ban đầu dao động tổng hợp phụ thuộc vào biên độ pha ban đầu dao động thành phần: Khi x1 x2 pha (2 - 1 = 2k) dao động tổng hợp có biên độ cực đại: A = A1 + A2 Khi x1 x2 ngược pha (2 - 1 = (2k + 1)) dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu: A = |A1 - A2| Khi x1 x2 vuông pha (2 - 1 = (2k + 1) ) dao động tổng hợp có biên độ: A = A12 A22 Trường hợp tổng quát: A1 + A2 A |A1 - A2| CHƯƠNG II SĨNG CƠ Sóng truyền sóng * Sóng cơ: Sóng dao động lan truyền môi trường vật chất + Sóng ngang sóng phần tử mơi trường dao động theo phương vng góc với phương truyền sóng Trừ trường hợp sóng mặt nước, sóng ngang truyền chất rắn + Sóng dọc sóng phần tử mơi trường dao động theo phương trùng phương truyền sóng Sóng dọc truyền chất khí, chất lỏng chất rắn Sóng khơng truyền chân khơng + Biên độ sóng: Biên độ A sóng biên độ dao động phần tử môi trường có sóng truyền qua + Chu kì (hoặc tần số) sóng: Chu kỳ T (hoặc tần số f sóng) chu kỳ (hoặc tần số) dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua Ta có f = T + Bước sóng : khoảng cách hai phần tử sóng gần phương truyền sóng dao động pha Bước sóng quãng đường mà sóng truyền chu kỳ dao động + Tốc độ truyền sóng tốc độ lan truyền dao động mơi trường, đo qng đường mà sóng truyền đơn vị thời gian: v = s = = f t T Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào chất nhiệt độ môi trường Khi truyền từ môi trường sang môi trường khác tốc độ truyền sóng thay đổi, bước sóng thay đổi cịn tần số sóng khơng thay đổi Tốc độ truyền sóng tăng bước sóng tăng ngược lại + Khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng mà dao động vng pha + Khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng mà dao động ngược pha + Năng lượng sóng: Năng lượng sóng lượng dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua * Phương trình sóng Nếu phương trình sóng nguồn O u O = AOcos(t + ) phương trình sóng M phương truyền sóng là: uM = AMcos (t + - 2 2 x OM ) = AMcos (t + ) Nếu bỏ qua mát lượng q trình truyền sóng A O = AM = A Dao động hai điểm cách khoảng d phương truyền sóng lệch pha góc: = 2d * Tính tuần hồn sóng Tại điểm M xác định môi trường: u M hàm biến thiên điều hòa theo thời gian t với chu kỳ T: ut = Acos( 2 t + M) T Tại thời điểm t xác định: u M hàm biến thiên điều hịa khơng gian theo biến x với chu kỳ : ux = Acos( 2 x + t) Giao thoa sóng + Điều kiện cần đủ để hai sóng giao thoa với hai sóng phải hai sóng kết hợp, hai sóng phải xuất phát từ hai nguồn dao động phương, tần số có độ lệch pha không đổi theo thời gian (hai nguồn kết hợp) Hai nguồn kết hợp có pha hai nguồn đồng + Hai sóng hai nguồn kết hợp phát hai sóng kết hợp + Hiện tượng giao thoa tượng hai sóng kết hợp gặp có điểm, chúng ln ln tăng cường lẫn nhau; có điểm chúng luôn triệt tiêu + Nếu hai nguồn S1 S2 phát hai sóng giống hệt nhau: u = u2 = Acost bỏ qua mát lượng sóng truyền thì sóng M (với S 1M = d1; S2M = d2) tổng hợp hai sóng từ S S2 truyền tới có phương trình là: uM = 2Acos (d d1 ) (d d1 ) cos(t ) + Cực đại giao thoa nằm điểm có hiệu đường hai sóng tới số nguyên lần bước sóng: d2 – d1 = k; (k Z) + Cực tiểu giao thoa nằm điểm có hiệu đường hai sóng tới số nguyên lẻ bước sóng: d2 – d1 = (k + ) + Các vân giao thoa hai sóng mặt nước đường hypebol nhận nguồn hai tiêu điểm Vân giao thoa nằm đường trung trực đoạn thẳng nối hai nguồn đường thẳng + Tại điểm cách hai nguồn có cực đại sóng từ hai nguồn phát pha, có cực tiểu sóng từ hai nguồn phát ngược pha + Trên đoạn thẳng S1S2 nối hai nguồn, khoảng cách hai cực đại hai cực tiểu liên tiếp (gọi khoảng vân i) là: i = + Hiện tượng giao thoa tượng đặc trưng sóng, tức q trình sóng gây tượng giao thoa Ngược lại, q trình vật lí gây tượng giao thoa tất yếu q trình sóng Sóng dừng * Sự phản xạ sóng: Khi sóng truyền gặp vật cản bị phản xạ Sóng phản xạ tần số bước sóng với sóng tới + Nếu vật cản cố định điểm phản xạ, sóng phản xạ ngược pha với sóng tới triệt tiêu lẫn + Nếu vật cản tự điểm phản xạ, sóng phản xạ pha với sóng tới tăng cường lẫn * Sóng dừng + Sóng tới sóng phản xạ truyền theo phương, giao thoa với nhau, tạo hệ sóng dừng + Trong sóng dừng có số điểm luôn đứng yên gọi nút, số điểm luôn dao động với biên độ cực đại gọi bụng Khoảng cách hai nút liên tiếp hai bụng liên tiếp bước sóng ( nút bụng kề phần tư bước sóng ( ) ) Khoảng cách + Để có sóng dừng sợi dây với hai nút hai đầu (hai đầu cố định) chiều dài dây phải số nguyên bước sóng: l = k ; với k = 1, 2, 3, + Để có sóng dừng sợi dây với đầu nút đầu bụng (một đầu cố định, đầu tự do) chiều dài sợi dây phải số nguyên lẻ phần tư bước sóng: l = (2k + 1) 4 Sóng âm * Đặc trưng vật lí âm + Sóng âm sóng truyền mơi trường khí, lỏng, rắn Trong chất khí chất lỏng, sóng âm sóng dọc Trong chất rắn, sóng âm gồm sóng ngang sóng dọc + Nguồn âm vật dao động phát âm + Tần số dao động nguồn tần số sóng âm + Căn vào khả cảm thụ sóng âm tai người, sóng âm phân loại thành: - Âm nghe (âm thanh) có tần số từ 16 Hz đến 20000 Hz - Âm có tần số 16 Hz gọi hạ âm Một số loài vật voi, bồ câu, lại “nghe” hạ âm - Âm có tần số 20000 Hz gọi siêu âm Một số loài vật khác dơi, chó, cá heo, “nghe” siêu âm + Nhạc âm âm có tần số xác định, tạp âm âm khơng có tần số xác định + Âm không truyền chân không + Trong môi trường, âm truyền với tốc độ xác định Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ vật chất nhiệt độ mơi trường: mơi trường có mật độ vật chất lớn, tính đàn hồi cao nhiệt độ lớn tốc độ truyền âm lớn Nói chung, tốc độ truyền âm chất rắn lớn chất lỏng, chất lỏng lớn chất khí Khi âm truyền từ mơi trường sang mơi trường khác vận tốc truyền âm thay đổi, bước sóng sóng âm thay đổi cịn tần số âm khơng thay đổi + Âm khơng truyền qua chất xốp bông, len, , chất gọi chất cách âm + Cường độ âm I điểm đại lượng đo lượng mà sóng âm tải qua đơn vị diện tích đặt điểm đó, vng góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian; đơn vị W/m2: I= W P St S Với nguồn âm có cơng suất P âm phát theo hướng cường độ âm điểm cách nguồn âm khoảng R là: I= P ; với 4R2 diện tích mặt cầu bán kính R 4R + Ngưỡng nghe: cường độ âm nhỏ mà tai người cịn nghe Ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm Âm có tần số 1000 Hz đến 5000 Hz, ngưỡng nghe khoảng 10 -12 W/m2 + Ngưỡng đau: cường độ âm cực đại mà tai người cịn nghe có cảm giác đau nhức Đối với tần số âm ngưỡng đau ứng với cường độ âm 10 W/m2 + Miền nghe được: miền nằm ngưỡng nghe ngưỡng đau + Đại lượng L = lg I với I0 chuẩn cường độ âm (âm nhỏ vừa đủ nghe, thường lấy chuẩn cường độ âm I0 I0 = 1012 W / m với âm có tần số 1000 Hz) gọi mức cường độ âm âm có cường độ I Đơn vị mức cường độ âm ben (B) Trong thực tế người ta thường dùng ước số ben đêxiben (dB): 1dB = 0,1 B + Khi nhạc cụ phát âm có tần số f nhạc cụ đồng thời phát loạt âm có tần số 2f0, 3f0, có cường độ khác Âm có tần số f gọi âm hay họa âm thứ nhất, âm có tần số 2f0, 3f0, … gọi họa âm thứ 2, thứ 3, … Biên độ họa âm lớn, nhỏ không nhau, tùy thuộc vào nhạc cụ Tập hợp họa âm tạo thành phổ nhạc âm Tổng hợp đồ thị dao động tất họa âm nhạc âm ta đồ thị dao động nhạc âm + Về phương diện vật lí, âm đặc trưng tần số, cường độ (hoặc mức cường độ âm) đồ thị dao động âm * Đặc trưng sinh lí sóng âm: Độ cao, độ to, âm sắc + Độ cao: đặc trưng sinh lí phụ thuộc vào tần số âm, khơng phụ thuộc vào lượng âm + Độ to: đặc trưng sinh lí phụ thuộc vào tần số âm mức cường độ âm + Âm sắc: đặc trưng âm giúp ta phân biệt âm phát từ nguồn khác Âm sắc liên quan đến đồ thị dao động âm Âm sắc phụ thuộc vào tần số biên độ hoạ âm CHƯƠNG III DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Dịng điện xoay chiều * Dòng điện điện áp xoay chiều Điện áp xoay chiều điện áp biến thiên tuần hoàn với thời gian theo qui luật hàm số sin hay côsin với dạng tổng quát: u = U0cos(t + u) Dịng điện xoay chiều dịng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo qui luật hàm số sin hay côsin với dạng tổng quát: i = I0cos(t + i) Trong chu kì T dịng điện xoay chiều đổi chiều lần, giây dòng điện xoay chiều đổi chiều 2f lần (với f tính Hz) * Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều Tạo dòng điện xoay chiều máy phát điện xoay chiều dựa tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông qua cuộn dây biến thiên theo thời gian với biểu thức: = NBScos(t + ) = 0cos(t + ), cuộn dây xuất suất điện động: e=- d = - ’ = NBSsin(t + ) = E0cos(t + - ) dt Nếu cuộn dây nối với mạch ngồi thành mạch điện kín mạch xuất dịng điện xoay chiều: i = I0cos(t + i) * Các giá trị hiệu dụng dòng điện xoay chiều Cường độ hiệu dụng dòng điện xoay chiều cường độ dịng điện khơng đổi, cho hai dịng điện qua điện trở R khoảng thời gian đủ dài nhiệt lượng tỏa + Cường độ hiệu dụng, điện áp hiệu dụng suất điện động hiệu dụng: I = I0 U0 E0 ; U= ;E= 2 + Ampe kế vôn kế đo cường độ dòng điện điện áp xoay chiều dựa vào tác dụng nhiệt dòng điện nên gọi ampe kế nhiệt vôn kế nhiệt, số chúng cường độ hiệu dụng điện áp hiệu dụng dịng điện xoay chiều + Khi tính toán, đo lường, mạch điện xoay chiều, chủ yếu sử dụng giá trị hiệu dụng * Các loại đoạn mạch xoay chiều UR R UC + Đoạn mạch có tụ điện: uC trể pha i góc ; I = ; ZC 1 với ZC = = dung kháng tụ điện Khi tần số dòng điện xoay chiều tăng (f, tăng) dung 2fC C + Đoạn mạch có điện trở thuần: uR pha với i; I = kháng tụ điện giảm Tụ điện C khơng cho dịng điện khơng đổi qua (cản trở hồn tồn), lại cho dịng điện xoay chiều qua với điện trở (dung kháng): ZC = 1 = C 2fC + Đoạn mạch có cuộn cảm thuần: uL sớm pha i góc UL ;I= ; với ZL = L = 2fL cảm kháng ZL cuộn dây Khi tần số dịng điện xoay chiều tăng (f, tăng) cảm kháng cuộn dây tăng Cuộn cảm L cho dịng điện khơng đổi qua hồn tồn (khơng cản trở) cho dòng điện xoay chiều qua với điện trở (cảm kháng): ZL = L = 2fL + Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp (khơng phân nhánh): Hệ thức điện áp tức thời mạch: u = u R + uL + uC; với uR pha với i, uL sớm pha với i, uC trễ pha so so với i; uL uC ngược pha với nên luôn trái dấu Giãn đồ Fre-nen: Nếu biểu diễn điện áp xoay chiều R, L C véc tơ U , U U tương R L C ứng điện áp xoay chiều đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp là: U = U + U + U R L C Có thể vẽ giãn đồ véc tơ theo quy tắc hình bình hành quy tắc đa giác: Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấy: U= với Z = U R2 (U L U C ) = I R (Z L - Z C ) = IZ; R (Z L - Z C ) gọi tổng trở đoạn mạch RLC Độ lệch pha u i xác định theo biểu thức: Z L ZC U L UC = UR R U Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: I = Z tan = * Biểu thức điện áp xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều Nếu i = I0cos(t + i) u = U0cos(t + i + ) Nếu u = U0cos(t + u) i = I0cos(t + u - ) U0 Z ZC ; tan = L ; = u - i: độ lệch pha điện áp cường độ dòng điện Z R + Cộng hưởng đoạn mạch RLC: Khi Z L = ZC hay L = có tượng cộng hưởng điện Khi có C Với I0 = cộng hưởng điện thì: Z = Zmin = R; I = Imax = U U2 ; P = Pmax = ; = 0; cos = 1; UR = U R R Khi đoạn mach RLC có cộng hưởng mà tăng hay giảm tần số dòng điện tổng trở Z đoạn tăng, cường độ hiệu dụng giảm, hệ số công suất giảm, công suất giảm, điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở giảm + Các trường hợp khác: Khi ZL > ZC u nhanh pha i (đoạn mạch có tính cảm kháng) Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng mà tần số dịng điện tăng tổng trở Z đoạn mạch tăng Khi ZL < ZC u trể pha i (đoạn mạch có tính dung kháng) Nếu đoạn mạch có tính dung kháng mà tần số dịng điện giảm tổng trở Z đoạn mạch tăng Chú ý: Nếu đoạn mạch có nhiều phần tử R, L, C mắc nối tiếp hệ thức định luật Ơm ta đặt R = R1 + R2 + ; ZL = ZL1 + ZL2 + ; ZC = ZC1 + ZC2 + Nếu mạch khơng có điện trở ta cho R = 0; khơng có cuộn cảm ta cho ZL = 0; khơng có tụ điện ta cho ZC = * Cơng suất dịng điện xoay chiều + Cơng suất dịng điện xoay chiều: P = UIcos = I2R + Hệ số công suất: cos = R Z + Ý nghĩa hệ số công suất cos: Công suất hao phí đường dây tải: P hp = rI2 = rP Nếu hệ số U cos cơng suất cos nhỏ cơng suất hao phí đường dây tải P hp lớn, người ta phải tìm cách nâng cao hệ số cơng suất Theo qui định nhà nước hệ số công suất cos sở điện tối thiểu phải 0,85 Với điện áp U dụng cụ dùng điện tiêu thụ công suất P I = P , tăng hệ số cơng suất U cos cos để giảm cường độ hiệu dụng I từ giảm hao phí tỏa nhiệt dây Truyền tải điện – Máy biến áp * Truyền tải điện + Công suất hao phí đường dây tải: Php = rI2 = r( P Php P 2 r ) = P Hiệu suất tải điện: H = U U P + Độ giảm điện áp đường dây tải điện: U = Ir + Biện pháp giảm hao phí đường dây tải: giảm r, tăng U Vì r = l nên để giảm r ta phải dùng loại dây có điện trở suất nhỏ bạc, dây siêu dẫn, với giá S thành cao, tăng tiết diện S Việc tăng tiết diện S tốn vật liệu làm dây dẫn phải xây cột điện lớn nên biện pháp không kinh tế Trong thực tế để giảm hao phí đường truyền tải người ta dùng biện pháp chủ yếu tăng điện áp U: dùng máy biến áp để đưa điện áp nhà máy phát điện lên cao tải đường dây cao áp Gần đến nơi tiêu thụ lại dùng máy biến áp hạ áp để giảm điện áp bước đến giá trị thích hợp Tăng điện áp đường dây tải lên n lần cơng suất hao phí giảm n lần * Máy biến áp: Máy biến áp thiết bị biến đổi điện áp mà không làm thay đổi tần số dòng điện xoay chiều Cấu tạo + Một lỏi biến áp hình khung sắt non có pha silic để tăng độ từ thẩm lỏi sắt + Hai cuộn dây có số vịng dây N1, N2 khác có điện trở nhỏ độ tự cảm lớn quấn lỏi biến áp Cuộn nối vào nguồn phát điện gọi cuộn sơ cấp, cuộn nối tải tiêu thụ điện gọi cuộn thứ cấp Nguyên tắc hoạt động Dựa vào tượng cảm ứng điện từ Nối hai đầu cuộn sơ cấp vào nguồn phát điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều chạy cuộn sơ cấp tạo từ trường biến thiên lỏi biến áp Từ thông biến thiên từ trường qua cuộn thứ cấp gây suất điện động cảm ứng cuộn thứ cấp Nếu cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ thành mạch kín cuộn thứ cấp có dịng điện xoay chiều tần số với dòng điện xoay chiều cuộn sơ cấp chạy qua Sự biến đổi điện áp cường độ dòng điện máy biến áp Với máy biến áp làm việc điều kiện lí tưởng (hiệu suất gần 100%) thì: U I1 N = = U I N1 * Công dụng máy biến áp + Dùng để thay đổi điện áp dòng điện xoay chiều + Sử dụng việc truyền tải điện để giảm hao phí đường dây truyền tải + Sử dụng máy hàn điện, nấu chảy kim loại Máy phát điện xoay chiều * Máy phát điện xoay chiều pha + Các phận chính: Phần cảm nam châm vĩnh cữu hay nam châm điện Đó phần tạo từ trường Phần ứng cuộn dây, xuất suất điện động cảm ứng máy hoạt động Một hai phần đặt cố định, phần lại quay quanh trục Phần cố định gọi stato, phần quay gọi rôto + Hoạt động: rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, cuộn dây xuất suất điện động cảm ứng, suất điện động đưa để sử dụng + Nếu từ thông qua cuộn dây (t) suất điện động cảm ứng cuộn dây là: e = - d = - ’(t) dt + Tần số dòng điện xoay chiều: Máy phát có cuộn dây nam châm (gọi cặp cực) rơto quay n vịng giây tần số dịng điện f = n Máy có p cặp cực rơto quay n vịng giây f = np Máy có p cặp cực, rơ to quay n vịng phút f = np 60 * Dịng điện xoay chiều ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây ba suất điện động xoay chiều có tần số, biên độ lệch pha đôi 2 * Cấu tạo hoạt động máy phát điện xoay chiều pha Dòng điện xoay chiều ba pha tạo máy phát điện xoay chiều ba pha Máy phát điện xoay chiều ba pha cấu tạo gồm stato có ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống quấn ba lỏi sắt đặt lệch 1200 vịng trịn, rơto nam châm điện Khi rôto quay đều, suất điện động cảm ứng xuất ba cuộn dây có biên độ, tần số lệch pha 2 Nếu nối đầu dây ba cuộn với ba mạch (ba tải tiêu thụ) giống ta có hệ ba dịng điện biên độ, tần số lệch pha 2 * Ưu điểm dòng điện xoay chiều pha + Tiết kiệm dây nối từ máy phát đến tải tiêu thụ; giảm hao phí điện đường dây + Trong cách mắc hình sao, ta sử dụng hai điện áp khác nhau: U d = Up + Cung cấp điện cho động ba pha, dùng phổ biến nhà máy, xí nghiệp Sự quay khơng đồng Quay nam châm hình chử U với tốc độ góc từ trường hai nhánh nam châm quay với tốc độ góc Đặt từ trường quay khung dây dẫn kín quay quanh trục trùng với trục quay từ trường khung dây quay với tốc độ góc ’ < Ta nói khung dây quay không đồng với từ trường Động hoạt động theo nguyên tắc gọi động không đồng Khi động không đồng hoạt động ổn định tần số từ trường quay tần số dịng điện chạy cuộn dây stato cịn tốc độ quay rơto nhỏ tốc độ quay từ trường CHƯƠNG IV DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Dao động điện từ * Sự biến thiên điện tích dịng điện mạch dao động + Mạch dao động LC mạch điện kín gồm cuộn cảm có độ tự cảm L mắc với tụ điện có điện dung C Muốn cho mạch hoạt động ta tích điện cho tụ điện cho phóng điện mạch Tụ điện phóng điện qua lại mạch nhiều lần tạo dịng điện xoay chiều có tần số cao Ta nói mạch có dao động điện từ tự + Điện tích tụ mạch dao động: q = q0 cos(t + ) + Điện áp hai tụ mạch dao động: u = U cos(t + ) + Cường độ dòng điện cuộn dây: i = q' = - q0sin(t + ) = I0cos(t + + ); với I0 = q0 Điện tích tụ (điện áp hai tụ) cường độ dòng điện mạch dao động (chạy qua cuộn cảm dây nối) biến thiên điều hòa tần số lệch pha (i sớm pha q u) + Liên hệ q0, I0 U0 mạch dao động: q0 = CU0 = + Các giá trị hiệu dụng: U = U0 I0 ;I= ; CU2 = LI2 2 I0 = I0 LC + Tần số góc, chu kì tần số riêng mạch dao động: = LC ; T = 2 LC ; f = 2 LC Sự biến thiên điều hòa theo thời gian điện tích q tụ cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường E cảm ứng từ B ) mạch dao động gọi dao động điện từ tự * Năng lượng điện từ mạch dao động + Năng lượng điện trường tập trung tụ điện: WC = q q02 = cos2(t + ) = Cu2 C C + Năng lượng từ trường tập trung cuộn cảm: 2 2 q02 WL = Li = L q sin (t + ) = sin (t + ) 2 C Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với ’ = 2; f’ = 2f T’ = T + Năng lượng điện từ mạch: W = WC + WL = q2 1 1 2 + Li2 = Cu2 + Li2 = LI = CU C 2 2 Tổng lượng điện trường tụ điện lượng từ trường cuộn cảm mạch dao động gọi lượng điện từ Nếu khơng có tiêu hao lượng mạch dao động trình dao động mạch, lượng từ trường lượng điện trường ln chuyển hóa cho nhau, tổng lượng điện từ không đổi Khi lượng điện trường mạch dao động điện từ đạt giá trị cực đại (bằng lượng điện từ) lượng từ trường (cực tiểu) ngược lại Trong mạch dao động điện từ, thời điểm cường độ dòng điện mạch có giá trị tức thời giá trị hiệu dụng điện tích tức thời tụ (hoặc điện áp tức thời hai tụ) có giá trị giá trị hiệu dụng, lượng điện trường lượng từ trường lượng điện từ Trong thực tế, mạch dao động có điện trở khác không nên lượng điện từ toàn phần mạch bị tiêu hao, lượng điện trường tụ điện lượng từ trường cuộn cảm trình biến đổi qua lại có phần xạ ngồi khơng gian nên dao động điện từ mạch tắt dần Để tạo dao động trì mạch, phải bù đắp phần lượng bị tiêu hao sau chu kì Điện từ trường * Liên hệ điện trường biến thiên từ trường biến thiên + Nếu nơi có từ trường biến thiên theo thời gian nơi xuất điện trường xốy Điện trường xốy điện trường có đường sức đường cong kín + Nếu nơi có điện trường biến thiên theo thời gian nơi xuất từ trường Đường sức từ trường ln khép kín 10 * Điện từ trường Mỗi biến thiên theo thời gian từ trường sinh không gian xung quanh điện trường xoáy biến thiên theo thời gian, ngược lại biến thiên theo thời gian điện trường sinh từ trường biến thiên theo thời gian không gian xung quanh Điện trường biến thiên từ trường biến thiên tồn không gian Chúng chuyển hóa lẫn trường thống gọi điện từ trường Sóng điện từ - Thơng tin liên lạc vơ tuyến Sóng điện từ điện từ trường lan truyền không gian * Đặc điểm sóng điện từ + Sóng điện từ lan truyền chân không Vận tốc lan truyền sóng điện từ chân khơng vận tốc ánh sáng (c 3.108m/s) Sóng điện từ lan truyền điện môi Tốc độ lan truyền sóng điện từ điện mơi nhỏ chân không phụ thuộc vào số điện mơi + Sóng điện từ sóng ngang Trong q trình lan truyền E B ln ln vng góc với vng góc với phương truyền sóng Ba véc tơ E , B , v tạo thành tam diện thuận (theo quy tắc nắm tay phải: nắm ngón tay phải theo chiều từ E sang B ngón tay duỗi thẳng chiều v ) Tại điểm dao động điện trường dao động từ trường sóng điện từ ln pha với + Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách hai mơi trường bị phản xạ khúc xạ ánh sáng Ngoài có tượng giao thoa, nhiễu xạ sóng điện từ + Sóng điện từ mang lượng Nhờ có lượng mà sóng điện từ truyền đến anten, làm cho electron tự anten dao động Nguồn phát sóng điện từ đa dạng, vật thể tạo điện trường từ trường biến thiên, tia lửa điện, dây dẫn dòng điện xoay chiều, cầu dao đóng, ngắt mạch điện * Thơng tin liên lạc sóng vơ tuyến + Sóng vơ tuyến sóng điện từ dùng vơ tuyến Chúng có bước sóng từ vài m đến vài km Theo bước sóng, người ta chia sóng vơ tuyến thành loại: sóng dài, sóng trung, sóng ngắn sóng cực ngắn: + Tầng điện li lớp khí bị ion hóa mạnh ánh sáng Mặt Trời nằm khoảng độ cao từ 80 km đếm 800 km, có ảnh hưởng lớn đến truyền sóng vơ tuyến điện + Các phân tử khơng khí khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung sóng cực ngắn hấp thụ vùng sóng ngắn Các sóng ngắn phản xạ tốt tầng điện li, mặt đất mặt nước biển + Nguyên tắc chung thông tin liên lạc sóng vơ tuyến điện: - Biến âm (hoặc hình ảnh) muốn truyền thành dao động điện từ có tần số thấp gọi tín hiệu âm tần (hoặc tính hiệu thị tần) - Dùng sóng điện từ tần số cao (cao tần) để mang tín hiệu âm tần thị tần xa, sóng gọi sóng mang Muốn phải trộn sóng điện từ âm tần thị tần với sóng điện từ cao tần (biến điệu chúng) Qua anten phát, sóng điện từ cao tần biến điệu truyền không gian - Dùng máy thu với anten thu để chọn thu lấy sóng điện từ cao tần muốn thu - Tách tín hiệu khỏi sóng cao tần (tách sóng) dùng loa để nghe âm truyền tới dùng hình để xem hình ảnh Để tăng cường độ sóng truyền tăng cường độ tín hiệu thu người ta dùng mạch khuếch đại + Sơ đồ khối máy phát vô tuyến đơn giản gồm: micrô (bộ tạo sóng âm tần), phát sóng cao tần, mạch biến điệu, mạch khuếch đại anten + Sơ đồ khối máy thu đơn giản gồm: anten, mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần, mạch tách sóng, mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần loa (biến dao động điện từ âm tần thành dao động âm) CHƯƠNG V TÍNH CHẤT SĨNG CỦA ÁNH SÁNG Tán sắc ánh sáng * Sự tán sắc ánh sáng Tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc * Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu gọi màu đơn sắc Mỗi màu đơn sắc mơi trường có bước sóng xác định Bước sóng ánh sáng đơn sắc (cùng tần số f) môi trường suốt khác khác Khi truyền qua môi trường suốt khác vận tốc ánh sáng thay đổi, bước sóng ánh sáng thay đổi cịn tần số (và màu sắc) ánh sáng không thay đổi Ánh sáng trắng tập hợp vơ số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím 11 Dải có màu cầu vồng (có có vơ số màu chia thành màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi quang phổ ánh sáng trắng Nguyên nhân tượng tán sắc chiết suất mơi trường suốt có giá trị khác ánh sáng có màu khác nhau, chiết suất môi trường suốt có giá trị tăng dần (cịn vận tốc truyền giảm dần v = c ) từ màu đỏ đến màu tím (theo thứ tự: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) n * Ứng dụng tán sắc ánh sáng Hiện tượng tán sắc ánh sáng dùng máy quang phổ để phân tích chùm sáng đa sắc, vật sáng phát ra, thành thành phần đơn sắc Nhiều tượng quang học khí quyển, cầu vồng chẳng hạn xảy tán sắc ánh sáng Đó trước tới mắt ta, tia sáng Mặt Trời bị khúc xạ phản xạ giọt nước Hiện tượng tán sắc làm cho ảnh vật ánh sáng trắng qua thấu kính khơng rỏ nét mà bị nhòe, lại bị viền màu sắc (gọi tượng sắc sai) Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng * Nhiễu xạ ánh sáng: Nhiễu xạ ánh sáng tượng truyền sai lệch với truyền thẳng ánh sáng qua lỗ nhỏ gặp vật cản Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng * Hiện tượng giao thoa ánh sáng Hai chùm sáng kết hợp hai chùm phát ánh sáng có tần số pha có độ lệch pha không đổi theo thời gian Khi hai chùm sáng kết hợp gặp chúng giao thoa với nhau: Những chổ sóng gặp mà pha với nhau, chúng tăng cường lẫn tạo thành vân sáng Những chổ hai sóng gặp mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu tạo thành vân tối Nếu dùng ánh sáng trắng hệ thống vân giao thoa ánh sáng đơn sắc khác khơng trùng khít với nhau: giữa, vân sáng tất ánh sáng đơn sắc khác nằm trùng với cho vân sáng trắng gọi vân trắng Ở hai bên vân trắng giữa, vân sáng khác sóng ánh sáng đơn sắc khác không trùng với nữa, chúng nằm kề sát bên cho quang phổ có màu cầu vồng: bước sóng ánh sáng đơn sắc ngắn vân sáng bậc chúng gần vân trắng (tím trong, đỏ ngồi) * Vị trí vân, khoảng vân D ; với k Z a D + Vị trí vân tối: (k’ + ) ; với k’ Z a D + Khoảng vân: i = a + Vị trí vân sáng: xs = k + Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân Hiện tượng nhiểu xạ giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng * Bước sóng màu sắc ánh sáng + Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có bước sóng xác định Màu ứng với bước sóng ánh sáng gọi màu đơn sắc + Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy có bước sóng chân khơng (hoặc khơng khí) khoảng từ 0,38 m (ánh sáng tím) đến 0,76 m (ánh sáng đỏ) + Những màu quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với vùng có bước sóng lân cận Bảng màu bước sóng ánh sáng chân không: Màu (nm) Đỏ Cam Vàng Lục Lam Chàm Tím 640 590 570 500 450 430 380 760 650 600 575 510 460 440 + Ngồi màu đơn sắc cịn có màu không đơn sắc hỗn hợp nhiều màu đơn sắc với tỉ lệ khác Trong môi trường suốt (trừ chân không gần khơng khí), ánh sáng đơn sắc có bước sóng dài vận tốc truyền lớn: v = c mà n tăng giảm n Khi truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường chiết quang góc khúc xạ (nếu có) lớn ánh sáng đơn sắc có bước sóng ngắn: n tăng giảm mà n tăng góc khúc xạ tăng Quang phổ * Máy quang phổ lăng kính 12 + Máy quang phổ dụng cụ phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác + Máy dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp phát từ nguồn phát sáng + Máy quang phổ có ba phận chính: - Ống chuẫn trực phận tạo chùm sáng song song chiếu vào hệ tán sắc: chùm sáng cần nghiên cứu chiếu vào khe hẹp F nằm tiêu diện thấu kính hội tụ ống chuẫn trực, chùm sáng ló khỏi thấu kính ống chuẫn trực chùm song song - Hệ tán sắc gồm vài lăng kính có tác dụng phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song chùm tia song song chiếu vào hệ tán sắc có nhiều màu - Buồng ảnh dùng để quan sát hay chụp ảnh quang phổ: chùm sáng song song màu đơn sắc khỏi hệ tán sắc sau qua thấu kính hội tụ buồng ảnh cho vạch màu (ảnh khe F) tiêu diện thấu kính + Nguyên tắc hoạt động máy quang phổ lăng kính dựa tượng tán sắc ánh sáng * Quang phổ liên tục + Quang phổ liên tục dải màu liên tục từ đỏ đến tím + Quang phổ liên tục chất rắn, chất lỏng chất khí có áp suất lớn, phát bị nung nóng + Quang phổ liên tục chất khác nhiệt độ hồn tồn giống phụ thuộc vào nhiệt độ chúng: quang phổ liên tục không phụ thuộc vào chất nguồn phát mà phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn phát + Quang phổ liên tục ứng dụng để xác định nhiệt độ nguồn sáng * Quang phổ vạch phát xạ + Quang phổ vạch phát xạ hệ thống vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách khoảng tối + Quang phổ vạch phát xạ chất khí hay áp suất thấp phát bị kích thích điện hay nhiệt + Quang phổ vạch nguyên tố khác khác số lượng vạch, vị trí độ sáng tỉ đối vạch Mỗi nguyên tố hóa học có quang phổ vạch đặc trưng ngun tố Ví dụ, quang phổ vạch phát xạ hiđrô, vùng ánh sáng nhìn thấy có bốn vạch đặc trưng vạch đỏ, vạch lam, vạch chàm vạch tím + Phân tích quang phổ vạch, ta xác định có mặt nguyên tố hàm lượng chúng mẫu vật * Quang phổ vạch hấp thụ + Quang phổ vạch hấp thụ vạch hay đám vạch tối quang phổ liên tục + Quang phổ hấp thụ chất lỏng chất rắn chứa đám vạch, đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp cách liên tục + Quang phổ hấp thụ chất khí chứa vạch hấp thụ đặc trưng cho chất khí + Ở nhiệt độ định, nguyên tố hóa học hấp thụ xạ mà có khả phát xạ, ngược lại, phát xạ mà có khả hấp thụ + Quang phổ vạch phát xạ quang phổ hấp thụ ứng dụng để nhận biết thành phần hóa học mẫu cần phân tích Tia hồng ngoại – Tia tử ngoại * Phát tia hồng ngoại tử ngoại Ở ngồi quang phổ ánh sáng nhìn thấy được, hai đầu đỏ tím, cịn có xạ mà mắt khơng nhìn thấy, nhờ mối hàn cặp nhiệt điện bột huỳnh quang mà ta phát Các xạ gọi tia hồng ngoại tia tử ngoại Tia hồng ngoại tia tử ngoại có chất với ánh sáng Tia hồng ngoại tia tử ngoại tuân theo định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thông thường * Tia hồng ngoại + Các xạ khơng nhìn thấy có bước sóng dài 0,76 m đến vài milimét gọi tia hồng ngoại + Mọi vật có nhiệt độ cao nhiệt độ môi trường phát tia hồng ngoại môi trường Nguồn phát tia hồng ngoại thông dụng lị than, lị điện, đèn điện dây tóc + Tính chất: - Tính chất bật tia hồng ngoại tác dụng nhiệt: vật hấp thụ tia hồng ngoại nóng lên - Tia hồng ngoại có khả gây số phản ứng hóa học, tác dụng lên số loại phim ảnh, loại phim hồng ngoại dùng chụp ảnh ban đêm - Tia hồng ngoại biến điệu sóng điện từ cao tần - Tia hồng ngoại gây hiệu ứng quang điện số chất bán dẫn + Ứng dụng: - Tia hồng ngoại dùng để sấy khô, sưởi ấm - Sử dụng tia hồng ngoại để chụp ảnh bề mặt Trái Đất từ vệ tinh 13 - Sử dụng điều khiển từ xa để điều khiển hoạt động tivi, thiết bị nghe, nhìn, … - Tia hồng ngoại có nhiều ứng dụng đa dạng lĩnh vực quân sự: Tên lửa tự động tìm mục tiêu dựa vào tia hồng ngoại mục tiêu phát ra; camera hồng ngoại dùng để chụp ảnh, quay phim ban đêm; ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm * Tia tử ngoại + Các xạ khơng nhìn thấy có bước sóng ngắn 0,38 m đến vài nanơmét gọi tia tử ngoại + Nguồn phát: vật nung nóng đến nhiệt độ cao (trên 2000 0C) phát tia tử ngoại Nguồn phát tia tử ngoại phổ biến đèn thủy ngân hồ quang điện + Tính chất: - Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa khơng khí nhiều chất khí khác - Kích thích phát quang nhiều chất, gây số phản ứng quang hóa phản ứng hóa học - Có số tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nấm mốc, … - Có thể gây tượng quang điện số kim loại - Bị nước, thủy tinh… hấp thụ mạnh lại truyền qua thạch anh + Sự hấp thụ tia tử ngoại: Thủy tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại Thạch anh, nước khơng khí suốt với tia có bước sóng 200 nm, hấp thụ mạnh tia có bước sóng ngắn Tầng ơzơn hấp thụ hầu hết tia có bước sóng 300 nm “tấm áo giáp” bảo vệ cho người sinh vật mặt đất khỏi tác dụng hủy diệt tia tử ngoại Mặt Trời + Ứng dụng: Thường dùng để khử trùng nước, thực phẩm dụng cụ y tế, dùng chữa bệnh (như bệnh cịi xương), để tìm vết nứt bề mặt kim loại, … Tia X – Thang sóng điện từ * Tia X: Tia X sóng điện từ có bước sóng từ 10-11 m đến 10-8 m * Cách tạo tia X: Cho chùm tia catôt – tức chùm electron có lượng lớn – đập vào vật rắn vật phát tia X Có thể dùng ống Rơn-ghen ống Cu-lít-dơ để tạo tia X * Tính chất tia X: + Tính chất đáng ý tia X khả đâm xuyên Tia X xuyên qua giấy, vải, gổ, chí kim loại Tia X dễ dàng xuyên qua nhôm dày vài cm, lại bị lớp chì vài mm chặn lại Do người ta thường dùng chì để làm chắn tia X Tia X có bước sóng ngắn khả đâm xuyên lớn; ta nói cứng + Tia X có tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa khơng khí + Tia X có tác dụng làm phát quang nhiều chất + Tia X gây tượng quang điện hầu hết kim loại + Tia X có tác dụng sinh lí mạnh: hủy diệt tế bào, diệt vi khuẩn, … * Công dụng tia X: Tia X sử dụng nhiều để chiếu điện, chụp điện, để chẩn đoán tìm chổ xương gãy, mảnh kim loại người, …, để chữa bệnh (chữa ung thư) Nó cịn dùng công nghiệp để kiểm tra chất lượng vật đúc, tìm vết nứt, bọt khí bên vật kim loại; để kiểm tra hành lí hành khách máy bay, nghiên cứu cấu trúc vật rắn, * Thang sóng điện từ: + Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma sóng điện từ Các loại sóng điện từ tạo cách khác nhau, chất thì chúng chúng khơng có ranh giới rỏ rệt Tuy vậy, có tần số bước sóng khác nhau, nên sóng điện từ có tính chất khác (có thể nhìn thấy khơng nhìn thấy, có khả đâm xuyên khác nhau, cách tạo khác nhau) Các tia có bước sóng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xun mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang chất dễ ion hóa khơng khí Với tia có bước sóng dài dễ quan sát tượng giao thoa + Người ta xếp phân loại sóng điện từ theo thứ tự bước sóng giảm dần, hay tần số tăng dần, gọi thang sóng điện từ: sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím), tia tử ngoại, tia X (tia Rơnghen), tia gamma CHƯƠNG VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Hiện tượng quang điện - Thuyết lượng tử ánh sáng * Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện (gọi tắt tượng quang điện) Các electron bị bật gọi quang electron electron quang điện * Định luật giới hạn quang điện 14 Đối với kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hay giới hạn quang điện 0 kim loại đó, gây tượng quang điện: 0 Giới hạn quang điện kim loại kiềm natri, kali, xesi, canxi nằm vùng ánh sáng nhìn thấy, giới hạn quang điện phần lớn loại kim loại thông thường bạc, đồng, kẻm, nhôm, … nằm vùng xạ tử ngoại * Thuyết lượng tử ánh sáng + Chùm ánh sáng chùm phôtôn (các lượng tử ánh sáng) Mỗi phơtơn có lượng xác định = hf (f tần số sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng) Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát giây + Phân tử, nguyên tử, electron, … phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, có nghĩa chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn + Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s chân không Năng lượng phôtôn nhỏ Một chùm sáng dù yếu chứa nhiều phôtôn nhiều nguyên tử, phân tử phát Vì ta nhìn thấy chùm sáng liên tục Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Khơng có phơtơn đứng n Năng lượng phơtơn lớn bước sóng ánh sáng ứng với phơtơn ngắn (tần số ánh sáng ứng với phơtơn lớn) * Giải thích định luật giới hạn quang điện Công thức Anhxtanh tượng quang điện: hf = hc = A + mv max Để có tượng quang điện lượng phơtơn phải lớn cơng thốt: hc hc A= 0; 0 hc với 0 = giới hạn quang điện kim loại A hf = Khi tượng quang điện xảy giữ ngun bước sóng chùm sáng kích thích tăng cường độ chùm sáng số electron bứt khỏi bề mặt kim loại đơn vị thời gian tăng * Lưỡng tính sóng - hạt ánh sáng Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt Trong tượng quang học, ánh sáng thường thể rỏ hai tính chất Khi tính chất sóng thể rỏ tính chất hạt lại mờ nhạt, ngược lại Sóng điện từ có bước sóng ngắn, phơtơn ứng với có lượng lớn tính chất hạt thể rỏ, tượng quang điện, khả đâm xuyên, khả phát quang…, cịn tính chất sóng mờ nhạt Trái lại sóng điện từ có bước sóng dài, phơtơn ứng với có lượng nhỏ, tính chất sóng thể rỏ tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …, cịn tính chất hạt mờ nhạt Hiện tượng quang điện * Chất quang dẫn Chất quang dẫn chất bán dẫn, dẫn điện không bị chiếu sáng dẫn điện tốt bị chiếu ánh sáng thích hợp * Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng giải phóng electron liên kết chúng trở thành electron dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện, gọi tượng quang điện Giới hạn quang điện nhiều chất bán dẫn (như Ge, Si, …) nằm vùng xạ hồng ngoại * Quang điện trở Quang điện trở chế tạo dựa hiệu ứng quang điện Đó bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào thay đổi * Pin quang điện Pin quang điện nguồn điện quang biến đổi trực tiếp thành điện Hoạt động pin dựa tượng quang điện bên số chất bán dẫn đồng ôxit, sêlen, silic, … Suất điện động pin thường có giá trị từ 0,5 V đến 0,8 V Pin quang điện (pin mặt trời) trở thành nguồn cung cấp điện cho vùng sâu vùng xa, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ, máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi … Hiện tượng quang – Phát quang * Sự phát quang + Có số chất hấp thụ lượng dạng đó, có khả phát xạ điện từ miền ánh sáng nhìn thấy Các tượng gọi phát quang + Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho 15 + Sau ngừng kích thích, phát quang số chất tiếp tục kéo dài thêm thời gian đó, ngừng hẵn Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích lúc ngừng phát quang gọi thời gian phát quang * Huỳnh quang lân quang + Sự huỳnh quang phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10 -8 s), nghĩa ánh sáng phát quang tắt sau tắt ánh sáng kích thích Nó thường xảy với chất lỏng chất khí + Sự lân quang phát quang có thời gian phát quang dài (từ 10 -8 s trở lên); thường xảy với chất rắn Các chất rắn phát lân quang gọi chất lân quang * Đặc điểm ánh sáng huỳnh quang Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài bước sóng ánh sáng kích thích: hq > kt Giải thích: Mỗi nguyên tử hay phân tử chất huỳnh quang hấp thụ hồn tồn phơtơn ánh sáng kích thích có lượng hf kt để chuyển sang trạng thái kích thích Khi trạng thái kích thích, nguyên tử hay phân tử va chạm với nguyên tử hay phân tử khác bị phần lượng Khi trở trạng thái bình thường phát phơtơn có lượng hf hq nhỏ lượng hfkt phơtơn mà hấp thụ * Ứng dụng tượng phát quang Sử dụng đèn ống để thắp sáng, hình dao động kí điện tử, tivi, máy tính Sử dụng sơn phát quang quét biển báo giao thông Mẫu nguyên tử Bo * Mẫu nguyên tử Bo Tiên đề trạng thái dừng Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định E n, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng, nguyên tử không xạ Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quỹ đạo có bán kính r n xác định: rn n r0 ; với n N* r0 = 5,3.10-11 m, gọi bán kính Bo Bình thường, ngun tử trạng thái dừng có lượng thấp gọi trạng thái Khi hấp thụ lượng ngun tử chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao hơn, gọi trạng thái kích thích Thời gian nguyên tử trạng thái kích thích ngắn (cỡ 10 -8 s) Sau nguyên tử chuyển trạng thái dừng có lượng thấp cuối trạng thái Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng E n sang trạng thái dừng có lượng E m < En nguyên tử phát phơtơn có lượng: = hfnm = En – Em Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng E m mà hấp thụ phơtơn có lượng hf hiệu En – Em chuyển sang trạng thái dừng có lượng E n lớn Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với nhảy electron từ quỹ đạo dừng có bán kính rm sang quỹ đạo dừng có bán kính rn ngược lại Tiên đề cho thấy: Nếu chất hấp thụ ánh sáng có bước sóng phát ánh sáng có bước sóng * Quang phổ phát xạ hấp thụ ngun tử hidrơ + Ngun tử hiđrơ có trạng thái dừng khác E K, EL, EM, Khi electron chuyển động quỹ đạo dừng K, L, M, + Khi electron chuyển từ mức lượng cao (E cao) xuống mức lượng thấp (Ethấp) phát phơtơn có lượng hồn tồn xác định: hf = Ecao – Ethấp Mỗi phơtơn có tần số f ứng với sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng = c , tức vạch quang phổ f có màu (hay vị trí) định Điều lí giải quang phổ phát xạ nguyên tử hiđrô quang phổ vạch Ngược lại nguyên tử hiđrô mức lượng E thấp mà nằm chùm ánh sáng trắng, có tất phơtơn có lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, ngun tử hấp thụ phơtơn có lượng phù hợp = Ecao – Ethấp để chuyển lên mức lượng E cao Như vậy, sóng ánh sáng đơn sắc bị hấp thụ, làm cho quang phổ liên tục xuất vạch tối Do quang phổ hấp thụ ngun tử hiđrơ quang phổ vạch Sơ lược laze Laze nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa việc ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng * Đặc điểm laze + Laze có tính đơn sắc cao Độ sai lệch tương đối f tần số ánh sáng laze 10-15 f 16 + Tia laze chùm sáng kết hợp (các phơtơn chùm có tần số pha) + Tia laze chùm sáng song song (có tính định hướng cao) + Tia laze có cường độ lớn Chẵng hạn laze rubi (hồng ngọc) có cường độ tới 106 W/cm2 Như vậy, laze nguồn sáng phát chùm sáng song song, kết hợp, có tính đơn sắc cao có cường độ lớn (trên 106 W/cm2) * Một số ứng dụng laze + Tia laze có ưu đặc biệt thông tin liên lạc vô tuyến (truyền thông thông tin cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ, ) + Tia laze dùng dao mổ phẩu thuật mắt, dùng để chữa số bệnh da (nhờ tác dụng nhiệt), + Tia laze dùng đầu đọc đĩa CD, bút bảng, đồ, dùng thí nghiệm quang học trường phổ thơng, + Ngồi tia laze cịn dùng để khoan, cắt, tơi, xác vật liệu cơng nghiệp CHƯƠNG VII HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Tính chất cấu tạo hạt nhân * Cấu tạo hạt nhân + Hạt nhân cấu tạo từ hạt nhỏ gọi nuclơn Có hai loại nuclơn: prơtơn, kí hiệu p, khối lượng mp = 1,67262.10-27 kg, mang điện tích nguyên tố dương +e, nơtron kí hiệu n, khối lượng m n 1, 67493.1027 kg , không mang điện Prơtơn hạt nhân ngun tử hiđrơ + Số prôtôn hạt nhân số thứ tự Z nguyên tử; Z gọi nguyên tử số Tổng số nuclôn hạt nhân gọi số khối, kí hiệu A Số nơtron hạt nhân là: N = A – Z + Kí hiệu hạt nhân: ZA X Nhiều khi, gọn, ta cần ghi số khối ví dụ 235U hay U235, có kí hiệu hóa học xác định Z * Đồng vị Đồng vị nguyên tử mà hạt nhân chứa số prôtôn Z (có vị trí bảng hệ thống tuần hồn), có số nơtron N khác Các đồng vị chia làm hai loại: đồng vị bền đồng vị phóng xạ Trong thiên nhiên có khoảng gần 300 đồng vị bền; ngồi người ta cịn tìm thấy vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo * Đơn vị khối lượng nguyên tử Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường đo đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu u Một đơn vị u có giá trị khối lượng đồng vị cacbon 12 12 C; u = 1,66055.10-27 kg Khối lượng nuclôn xấp xĩ u Nói chung nguyên tử có số khối A có khối lượng xấp xĩ A.u * Khối lượng lượng Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng: E = mc2 Từ hệ thức Anhxtanh suy m = E chứng tỏ khối lượng đo đơn vị lượng chia cho c 2, c2 cụ thể eV/c2 hay MeV/c2 Ta có: u = 1,66055.10-27 kg = 931,5 MeV/c2 Theo lí thuyết Anhxtanh, vật có khối lượng m trạng thái nghỉ chuyển động với tốc độ m0 v, khối lượng tăng lên thành m với: m = 1 v m0 gọi khối lượng nghỉ m gọi khối lượng c2 m0 c động Năng lượng E = mc2 = 1 v lượng toàn phần; E0 = m0c lượng nghỉ; hiệu c2 E – E m – m 0đ c W động vật * Lực hạt nhân Lực tương tác nuclôn hạt nhân lực hút, gọi lực hạt nhân, có tác dụng liên kết nuclôn lại với Lực hạt nhân lực tĩnh điện, khơng phụ thuộc vào điện tích nuclôn So với lực điện từ lực hấp dẫn lực hạt nhân có cường độ lớn (gọi lực tương tác mạnh) tác dụng nuclôn cách khoảng nhỏ kích thước hạt nhân (khoảng 10 -15 m) * Độ hụt khối lượng liên kết 17 + Độ hụt khối hạt nhân hiệu số tổng khối lượng nuclôn cấu tạo nên hạt nhân khối lượng hạt nhân đó: m = Zmp + (A – Z)mn – mhn + Năng lượng liên kết hạt nhân lượng toả nuclôn riêng rẽ liên kết thành hạt nhân lượng cần cung cấp để phá vỡ hạt nhân thành nuclôn riêng rẽ: W lk = m.c2 + Năng lượng liên kết tính cho nuclôn = Wlk gọi lượng liên kết riêng hạt nhân, đặc trưng cho A bền vững hạt nhân Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững Các hạt nhân có số khối A khoảng từ 50 đến 80 lượng liên kết riêng chúng có giá trị lớn nhất, vào c ỡ 8,8 MeV/nuclôn Phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân trình dẫn đến biến đổi hạt nhân + Phản ứng hạt nhân thường chia thành hai loại: - Phản ứng tự phân rã hạt nhân thành hạt khác - Phản ứng hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác Phản ứng hạt nhân dạng tổng quát: A + B C + D * Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân + Định luật bảo tồn số nuclơn (số khối A): Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn hạt trước phản ứng tổng số nuclôn hạt sau phản ứng + Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số điện tích hạt trước phản ứng tổng đại số điện tích hạt sau phản ứng + Định luật bảo toàn lượng toàn phần (bao gồm động lượng nghỉ): Tổng lượng toàn phần hạt trước phản ứng tổng lượng toàn phần hạt sau phản ứng + Định luật bảo toàn động lượng: Véc tơ tổng động lượng hạt trước phản ứng véc tơ tổng động lượng hạt sau phản ứng + Lưu ý: phản ứng hạt nhân khơng có bảo tồn khối lượng * Năng lượng phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: A + B C + D Gọi m0 = mA + mB m = mC + mD Ta thấy m0 m + Khi m0 > m: Phản ứng tỏa lượng: W = (m – m)c2 Năng lượng tỏa thường gọi lượng hạt nhân Các hạt nhân sinh có độ hụt khối lớn hạt nhân ban đầu, nghĩa hạt nhân sinh bền vững hạt nhân ban đầu + Khi m0 < m: Phản ứng khơng thể tự xảy Muốn cho phản ứng xảy phải cung cấp cho hạt A B lượng W dạng động Vì hạt sinh có động W đ nên lượng cần cung cấp phải thỏa mãn điều kiện: W = (m – m 0)c2 + Wđ Các hạt nhân sinh có độ hụt khối nhỏ hạt nhân ban đầu, nghĩa bền vững hạt nhân ban đầu * Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa lượng + Hai hạt nhân nhẹ (A < 10) hiđrô, hêli, … kết hợp với thành hạt nhân nặng Vì tổng hợp hạt nhân xảy nhiệt độ cao nên phản ứng gọi phản ứng nhiệt hạch + Một hạt nhân nặng vỡ thành hai mãnh nhẹ (có khối lượng cỡ) Phản ứng gọi phản ứng phân hạch Phóng xạ * Hiện tượng phóng xạ Phóng xạ tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác Q trình phân rã phóng xạ ngun nhân bên gây hồn tồn khơng phụ thuộc vào tác động bên Người ta quy ước gọi hạt nhân phóng xạ hạt nhân mẹ hạt nhân dược tạo thành hạt nhân Cũng phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch, phóng xạ phản ứng hạt nhân tỏa lượng * Các tia phóng xạ + Tia : chùm hạt nhân hêli 42 He, gọi hạt , phóng từ hạt nhân với tốc độ khoảng 2.10 m/s Tia làm ion hóa mạnh nguyên tử đường lượng nhanh Vì tia tối đa cm khơng khí khơng xuyên qua tờ bìa dày mm + Tia : hạt phóng xạ phóng với vận tốc lớn, đạt xấp xĩ vận tốc ánh sáng Tia làm ion hóa mơi trường yếu so với tia Vì tia quãng đường dài hơn, tới hàng trăm mét khơng khí xun qua nhơm dày cỡ vài mm Có hai loại tia : - Loại phổ biến tia - Đó electron (kí hiệu 01 e) 18 - Loại tia + Đó pơzitron, kí hiệu 01 e, có khối lượng electron mang điện tích nguyên tố dương + Tia : sóng điện từ có bước sóng ngắn (dưới 10 -11 m), hạt phơtơn có lượng cao Vì tia có khả xuyên thấu lớn nhiều so với tia Trong phân rã , hạt nhân trạng thái kích thích phóng tia để trở trạng thái * Định luật phóng xạ : Trong q trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm mũ với số mũ âm Các cơng thức biểu thị định luật phóng xạ: N(t) = N0 Với = t T = N0 e -t m(t) = m0 t T = m0 e-t ln 0,693 gọi số phóng xạ; T gọi chu kì bán rã: sau khoảng thời gian T số lượng hạt T T nhân chất phóng xạ cịn lại 50% (50% số lượng hạt nhân bị phân rã) * Đồng vị phóng xạ Ngồi đồng vị phóng xạ có sẵn thiên nhiên, gọi đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta tạo nhiều đồng vị phóng xạ, gọi đồng vị phóng xạ nhân tạo Các đồng vị phóng xạ nhân tạo thường thấy thuộc loại phân rã Các đồng vị phóng xạ ngun tố hóa học có tính chất hóa học đồng vị bền nguyên tố 60 Ứng dụng: Đồng vị 27 Co phóng xạ tia dùng để soi khuyết tật chi tiết máy, diệt khuẫn để bảo vệ nông sản, chữa ung thư Các đồng vị phóng xạ AZ1 X gọi nguyên tử đánh dấu, cho phép ta khảo sát tồn tại, phân bố, vận chuyển nguyên tố X Phương pháp nguyên tử đánh dấu có nhiều ứng dụng quan trọng 14 sinh học, hóa học, y học, Đồng vị cacbon C phóng xạ tia - có chu kỳ bán rã 5730 năm dùng để định tuổi vật cổ Phản ứng phân hạch - Phản ứng nhiệt hạch * Sự phân hạch Dùng nơtron nhiệt (cịn gọi nơtron chậm) có lượng cở 0,01 eV bắn vào 235U ta có phản ứng phân hạch: A1 A2 135 n + 92 U Z1 X1 + Z X2 + k n Đặc điểm chung phản ứng phân hạch: sau phản ứng có hai nơtron phóng ra, phân hạch giải phóng lượng lớn Người ta gọi lượng hạt nhân * Phản ứng phân hạch dây chuyền + Các nơtron sinh sau phân hạch urani (hoặc plutoni, …) lại bị hấp thụ hạt nhân urani (hoặc plutoni, …) khác gần đó, thế, phân hạch tiếp diễn thành dây chuyền Số phân hạch tăng lên nhanh thời gian ngắn, ta có phản ứng phân hạch dây chuyền + Điều kiện xảy phản ứng phân hạch dây chuyền: muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét tới số nơtron trung bình k cịn lại sau phân hạch (cịn gọi hệ số nhân nơtron) gây phân hạch - Nếu k < phản ứng dây chuyền khơng xảy - Nếu k = phản ứng dây chuyền tiếp diễn không tăng vọt, lượng tỏa không đổi kiểm sốt Đó chế độ hoạt động lò phản ứng hạt nhân - Nếu k > dịng nơtron tăng liên tục theo thời gian, phản ứng dây chuyền không điều khiển được, lượng tỏa có sức tàn phá dội (dẫn tới vụ nổ nguyên tử) Để giảm thiểu số nơtron bị ngồi nhằm đảm bảo có k 1, khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có giá trị tối thiểu, gọi khối lượng tới hạn m th Với 235U mth vào cỡ 15 kg; với 239Pu mth vào cỡ kg * Phản ứng nhiệt hạch Khi hai hạt nhân nhẹ kết hợp lại để tạo nên hạt nhân nặng có lượng tỏa 2 Ví dụ: H + H He + n + MeV H + H 23 He + n + 17,6 MeV Phản ứng kết hợp hạt nhân xảy nhiệt đô cao nên gọi phản ứng nhiệt hạch * Năng lượng phản ứng nhiệt hạch Phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lượng Phản ứng nhiệt hạch lịng Mặt Trời ngơi nguồn gốc lượng chúng Tính theo phản ứng phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng nhỏ phản ứng phân hạch tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn nhiều so với phản ứng 19 phân hạch: lượng tỏa tổng hợp gam hêli gấp 10 lần lượng tỏa phân hạch gam urani gấp 200 triệu lần lượng tỏa đốt gam cacbon 20 ... lại, q trình vật lí gây tượng giao thoa tất yếu q trình sóng Sóng dừng * Sự phản xạ sóng: Khi sóng truyền gặp vật cản bị phản xạ Sóng phản xạ tần số bước sóng với sóng tới + Nếu vật cản cố định... động âm * Đặc trưng sinh lí sóng âm: Độ cao, độ to, âm sắc + Độ cao: đặc trưng sinh lí phụ thuộc vào tần số âm, không phụ thuộc vào lượng âm + Độ to: đặc trưng sinh lí phụ thuộc vào tần số âm... cịn dùng cơng nghiệp để kiểm tra chất lượng vật đúc, tìm vết nứt, bọt khí bên vật kim loại; để kiểm tra hành lí hành khách máy bay, nghiên cứu cấu trúc vật rắn, * Thang sóng điện từ: + Sóng vơ