tài liêu vật lý đại cương

TRƯỜ NG ĐẠI HỌC TÔ N ĐỨ C THẮ NG MÔ N HỌC: VẬ T LÝĐẠI CƯƠNG CBGD: Trần Thiện Thanh Email: thanhvl05@gmail.com ĐT: 09 08 57 58 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO • • • • • • • • • • Giáo trình chính: [1] Hồng Văn Cầm Bài giảng vật lý A2 Tp HCM, Trường ĐH Tơn Đức Thắng, 2002 [2] Hồng Văn Cầm Bài tập vật lý A2 Tp HCM, Trường ĐH Tôn Đức Thắng, 2004 Tài liệu tham khảo chính: [3] Lương Dun Bình, Dư Trí Cơng, Nguyễn Hữu Hồ Vật lý đại cương dùng cho trường ĐH khối kỹ thuật công nghiệp - Tập 2- Điện Dao Động Sóng Hà Nội, NXB Giáo dục, 2010 [4] Lương Duyên Bình (Chủ biên) Vật lý đại cương dùng cho trường ĐH khối kỹ thuật công nghiệp - Tập 3- Quang học vật lý nguyên tử hạt nhân Hà Nội, NXB Giáo dục, 2012 Tài liệu tham khảo khác: [5] Đàm Trung Đồn Cơ sở vật lý, Tập 4: Điện học Hà Nội, NXB Giáo dục, 2009 [6] David Halliday Cơ sở vật lý, Tập 4: Điện học Hà Nội, NXB Giáo dục Việt Nam, 2009 [7] David Halliday Cơ sở vật lý, Tập 5: Điện học II Hà Nội, NXB Giáo dục Việt Nam, 2009 HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ • Điểm thứ : 10% Trắc nghiệm • Điểm thứ : 20% Trắc nghiệm • Điểm thứ : 70% Trắc nghiệm Đơn vịvàthứnguyên củ a cá c đại lượng vật lý: Đơn vị : Một đại lượng chọn làm chuẩn loại với đại lượng đo Đơn vị Đơn vịcơ chọn trước Đơn vịdẫn xuất suy từđơn vịcơ Bảng 1: Một số đại lượng đơn vị hệ SI Đại lượng I Đơn vị bản: Độ dài Thời gian Khối lượng Cường độ dòng điện Độ sáng Nhiệt độ (tuyệt đối) Lượng chất II Đơn vị phụ: Góc phẳng Góc khối Tên đơn vị Ký hiệu mét giây kilôgam ampe candela kelvin mol m s kg A Cd K mol rađian sterađian rad sr Đại lượng III Đơn vị dẫn xuất: Diện tích Thể tích Chu kỳ Tần số Vận tốc Gia tốc Lực Năng lượng Công suất 10 Hiệu điện 11 Cường độ điện trường Tên đơn vị mét vuông mét khối giây héc mét giây m/giây bphg niuton jun ốt vơn vơn/mét Ký hiệu m2 m3 s Hz m/s m/s2 N J W V V/m Đơn vịvàthứnguyên củ a cá c đại lượng vật lý: Thứnguyên : làquy luật nêu lên phụ thuộc đơn vịđo đại lượng đo vào đơn vịcơ Một vài thứnguyên đại lượng VL [độdài] = L [thời gian] = T [khối lượng] = M [vận tốc] = L.T-1 [gia tốc] = L.T-2 [lực] = M.L.T-2 Lưu ýkhi viết cá c biểu thứ c, công thứ c vật lý: Các sốhạng phải cócùng thứnguyên Hai vếcủa biểu thức, phương trình vật lý phải cócùng thứnguyên Toạđộcủ a vé ctơ : z a) HệtoạđộDescartes : Vịtrí điểm M xác định véctơ vàxét trục Ox, Oy, Oz :     r  x.i  y j  z.k Độlớn  2 r  x y z M  r z  y x y x Toång quaù t:      a (ax , a y , az ); b (bx , by , bz ); c  a  b  c (cx  ax  bx , c y  a y  by , cz  az  bz )  k Toạđộcủ a vé ctơ : b) Hệtoạđộtrụ:  u  uR  r Vị trí điểm M htđ trụđược xđ toạđộr, y, z vàcóliên hệvới htđ Descartes : x = R.cos ; y = R.sin  Vịtrí điểm M : ; z=z     d r  dR.uR  R.d u  dz.k  ur Toạđộcủ a vé ctơ : c) Hệtoạđộcầu : Vị trí điểm M htđ cầu xđ toạ độr, y, z vàcó liên hệvới htđ Descartes :  r  u  u x = r.sin.cos ; y = r.sin.sin  z = r.cos Vịtrí điểm M :     dr  d r.ur  r.d u  r.sin  d u Diện tích vi cấp : dS = r.d.r.sin.d = r2.sin.d.d Thểtích vi cấp : dV = dS.dr = r2.sin.dr.d.d Bứ c xạnhiệt củ a vật đen Hệsốhấp thụđơn sắc Hệsốhấp thụ: đólàtỉsốgiữa phần lượng hấp thụđược tổng sốnăng lượng đến đập vào vật Nếu ta chỉtính tỉsốnày riêng cho loại bứ c xạcóbướ c só ng  tỉsốđóđược gọi làhệsốhấp thụđơn sắc vàkýhiệu làa() a() phụthuộc vào bướ c só ng  xé t, nhiệt độcủ a vật, vật liệu cấu tạo nên vật tính chất củ a bềmặt vật (trơn hay nhá m) Cá c vật cómàu đen hấp thụvàphá t bứ c xạmạnh cá c vật màu trắng Bứ c xạnhiệt củ a vật đen Vật đen tuyệt đối Vật đen tuyệt đối (VĐTĐ) làmột vật lýtưở ng, cókhảnăng hấp thụmọi bứ c xạđiện từchiếu vào , nghóa lànócóhệsốhấp thụđơn sắc a() = đối vớ i bướ c só ng  Khi ởcân nhiệt, VĐTĐ làvật phá t bứ c xạmạnh Phổbứ c xạ nhiệt củ a VĐTĐ chỉphụ thuộc vào nhiệt độmà không phụthuộc vật liệu làm nên Bứ c xạnhiệt củ a vật đen Vật đen tuyệt đối Xé t mẫu vật đen cótính chất đặc trưng củ a vật đen tuyệt đối:  Bình kín, rỗng cómột lỗtrống nhỏ  Phía thành bình cóphủlớ p mồ hó ng đen đểtăng suất hấp thu thành bình  Mọi bứ c xạ qua lỗhổng vào bình bịgiữlại bình Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Năng suất bứ c xạđơn sắc củ a VĐTĐ Định luật Stefan-Boltzmann Định luật Wien Sựkhủ ng hoả ng ởvùng tửngoại Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Năng suất bứ c xạđơn sắc củ a VĐTĐ Năng suất phá t xạđơn sắc: Trên bềmặt VĐTĐ, ởnhiệt độT, lấy diện tích dS (cm2) Xé t cá c só ng điện từphá t từdiện tích đóvàcóbướ c só ng nằm ( , + d ) (m) Năng lượng cá c só ng điện mang 1s làdW(watt) Khi đótỉsố: dW R T ()  dS d gọi lànăng suất phá t xạđơn sắc củ a VĐTĐ Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Năng suất bứ c xạđơn sắc củ a VĐTĐ Tích sốRT().d (W.m-2) lànăng suất phá t bứ c xạcóbướ c só ng (,+d ) đơn vịdiện tích bềmặt vật Tích phân: I(T )  R  T (  ) d  lànăng suất phá t xạtoàn phần ứ ng vớ i nhiệt độT Nócho biết lượng lượng phá t từmột đơn vịdiện tích bềmặt vật đơn vịthời gian Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Năng suất bứ c xạđơn sắc củ a VĐTĐ Mỗi nhiệt độ, cómax, ởđó vật phá t xạmạnh nhất, nhiệt độcàng cao max dịch vềphía só ng ngắn 70 Khi T cao, diện tích củ a miền nằm dướ i đường cong RT() lớ n, nghóa làI(T) lớ n suất xạđơn sắc RT() (watts/cm m) Thực nghiệm Lummer vaøPringsheim 60 1.0 2.0 3.0 4.0 2200K Rayleigh-Jeans 50 1600K 2000K 40 1800K 30 1600K 20 10 m1 m2 m3 m4 bước sóng  (m) Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Định luật Stefan-Boltzmann Năng suất phá t xạ toàn phần củ a VĐTĐ ởtrạng thá i cân nhiệt ứ ng vớ i nhiệt độtuyệt đối T tỉ lệvớ i lũy thừa bậc bốn củ a nhiệt độ: I(T) = .T4  = 5,670.10-8 W.m-2.K-4 : Hằng sốStefan-Boltzmann Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Định luật Wien Khi nhiệt độthay đổi, bướ c só ng max ứng vớisựphátxạcực đại thay đổi tích sốcủ a nhiệt độtuyệt đối T vàmax tương ứ ng làkhông đổi b = max.T = 2,898.10-3 m.K : Hằng sốWien 1Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Sựkhủ ng hoả ng ởvùng tửngoại RT() = sốlượng bứ c xạphá t từlỗ E 2c Sốlượng xạ phát từlỗ   d d 1 E   ln( exp(E)dE)   ln( )   kT d d    c R T (  )  kT  Cơng thức Rayleigh – Jeans Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Sựkhủ ng hoả ng ởvùng tửngoại RT() tỉlệnghịch vớ i luỹthừa c làRT() bậc củ a  tứ tăng nhanh  giả m Công thứ c chỉphùhợp vớ i thực nghiệm ởvùng bướ c só ng dài, ởvùng bướ c só ng nhỏ , ng tửngoại, tứ c làvùng só sai lệch nhiều Cơng thức Rayleigh – Jeans 70 T suất xạđơn sắc RT() (watts/cm m) R c ( )  kT  60 1.0 2.0 3.0 4.0 2200K Rayleigh-Jeans 50 1600K 2000K 40 1800K 30 1600K 20 10 m1 m2 m3 m4 bước sóng  (m) Cá c định luật phá t xạcủ a VĐTĐ Sựkhủ ng hoả ng ởvùng tửngoại I  T   RT  .d  2ckT    0   Naêng suất phá t xạtoàn phần củ a vật ởmột nhiệt T định vôcùng Điều không đú ng Vì vật lýcổđiển quan niệm vật chất hấp thụhay phá t xạnăng lượng bứ c xạmột cá ch liên tục Bếtắc đãtồn thời gian dài cuối thếkỷ19 gọi làsựkhủ ng hoả ng ởvùng tửngoại Đểgiả i bếtắc trên, Planck đãphủnhận quan điểm củ a vật lýcổđiển vàđềra lýthuyết mớ i gọi làthuyết lượng tửnăng lượng Thuyết lượng tửPlanck Thuyết lượng tửnăng lượng Planck Cá c nguyên tử , phân tửphá t xạhay hấp thụnăng lượng củ a bứ c xạđiện từmột cá ch giá n đoạn, nghóa làphần lượng phá t xạ hay hấp thụluôn làbội sốnguyên củ a lượng lượng nhỏ xá c định gọi làlượng tửnăng lượng Một lượng tửnăng lượng:  = h = hc/ h: sốPlanck h = 6,626.10-34 J.s = 4,14.10-15 eV.s  = c/ Thuyết lượng tửPlanck & Thuyết photon Einstein Công thứ c Planck E hc   E   h c  e kT    En exp( En / kT )  exp( E n n / kT ) n c R T (  )  kT  E = kT      hc  2c    R T ()   hc    kT   e  1 Coâng thứ c Planck Thuyết lượng tửPlanck & Thuyết photon Einstein Công thứ c Planck Công thứ c Planck cho phé p ta vẽđược đường đặc trưng phổbứ c xạcủ a vật đen tuyệt đối phùhợp vớ i kết quảthực nghiệm ởmọi vùng nhiệt độvàmọi vùng bướ c só ng khaù c  >> hc/