Giáo trình VẬT LÝ 2 (Dùng cho sinh viên Cao đẳng kỹ thuật)

Giáo trình VҰT LÝ 2 (Dùng cho sinh viên Cao đẳng kỹ thuật)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -W X - ThS Tr ng Thành Giáo trình V T LÝ (Dùng cho sinh viên Cao đẳng kỹ thu t) Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành Mở đầu Việc đào tạo đại học, cao đẳng theo chế độ Tín nhằm kích thích tính độc lập, sáng tạo tự học sinh viên, nâng cao trình độ người học thời kỳ hội nhập Tuy nhiên để thực mục đích người dạy người học phải có đủ trang bị cần thiết mà trước hết giáo trình, tài liệu tham khảo Để góp thêm giáo trình sát với chương trình trường Cao đẳng Công nghệ, Đại Học Đà Nẵng định viết giáo trình Giáo trình "Vật Lý 2" dùng cho lớp cao đẳng kỹ thuật cao đẳng công nghệ thông tin gồm kiến thức Vật Lý đại cương nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức cần thiết có liên quan đến ngành học Nội dung gồm có 12 chương phân bố từ Từ trường đến Vật lý hạt nhân nguyên tử Giáo trình viết sở chương trình "Vật Lý 2” trường Cao Đẳng Cơng nghệ, Đại Học Đà Nẵng Trong q trình viết giáo trình chúng tơi Đại học Đà Nẵng, trường Đại học Sư phạm tạo điều kiện thuận lợi, trường Cao đẳng Cơng nghệ khuyến khích, góp ý bổ ích cán giảng dạy khoa Vật Lý Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Tuy có cố gắng có nhiều chỉnh lý bổ sung khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý phê bình bạn đọc Tác giả Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành Chương I TỪ TR NG C A DỊNG ĐI N KHƠNG ĐỔI 1.1 TỪ TR NG C A DỊNG ĐI N KHƠNG ĐỔI, ĐỊNH LU T AMPERE 1.1.1 T ƠNG TÁC TỪ T ng tác giữa: - Dòng điện với dòng điện - Dòng điện với nam châm - Nam châm với dòng điện lực hấp d n, lực n tr ng mà có chất khác t tr ng nên gọi t ng tác t Các thí nghi m cụ thể đ ợc trình bày v t lý lớp 11 ta không nhắc l i 1.1.2 ĐỊNH LU T AMPERE Tr ớc đến địnhrlu t ta cần định nghĩa phần t dòng n: Phần tử dòng điện Idl dòng điện I tích số cường độ dịng điện I rvới đoạn chiều dài vô nhỏ dl dây dẫn Phương chiều Idl phương chiều tiếp tuyến dương dây dẫn điểm xét Tr ớc tìm biểu thức t ng tác t hai dòng n I I0 ta tìm lực t hai phần t dịng n I dl I dl0 hai dòng n r Dựng mặt phẳng P chứa phần t I dl r , sau vẽ pháp tuyến n mặt phẳng p t i điểm M0 (nh n hình Hình I-1) Theo Ampere lực I0 mà phần t dòng n I dl θo dòng n I tác dụng lên phần t dl M0 I dl0 dòng I0 đặt cách r dF có: I r dF - Có rphương vng góc với θ I dl0 pháp tuyến mặt P O r dl phẳng chứa r Idl - Có chiều cho ba vector r r Hình I-1 r n , I dl , dF lập thành tam diện thuận r r - Độ lớn tỷ lệ với Idl I dl0 sin θ , sin θ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai phần tử dịng điện Trong đó: θ góc dB rr r θ góc n dl Giáo trình Vật lý Idl sin θI dl sin θ Nghĩa độ lớn dF tỷ l với , Trong chân không: Trong t môi: ThS Trương Thành r kIdl sin θI dl sin θ dF = 4πr kµIdl sin θI dl sin θ dF = 4πr Trong đó: k h số tỷ l phụ thuộc vào h đ n vị Trong h đ n vị H µ0 -7 SI: k = với µ = π 10 m số t , µ độ t thẩm mơi tr ng 4π có vai trị ý nghĩa giống nh ε tr ng tĩnh n chẳng h n nên: dF = µ 0µIdl sin θI dl sin θ 4πr - Với chân khơng, khơng khí: - Với n ớc: - v.v Theo nh nói µ = + 0,03 10 −6 ( H ) ≈ m H µ = − 0,72 10 −6 ( ) ≈ m ( ) r r r r µµ dF = I dl × Idl × r 4πr d ng vector lực là: (I-1) Đó nội dung định lu t Ampere t ng tác gia hai phần t hai dòng n Nếu gọi hai dịng n I I Lực t ng tác hai dịng n là: r r r µµ I I F = 4π r dl × (dl × r ) ∫∫ r3 ( I )( I ) (I-2) Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành 1.2 VECTOR C M NG TỪ 1.2.1 KHÁI NI M TỪ TR NG 1.2.1.1 T tr ng Theo “Thuyết T ng Tác Gần” thì: - Từ trường môi trường vật chất đặc biệt nam châm dòng điện sinh - Từ trường lan truyền không gian với vận tốc vận tốc ánh sáng - Khi có nam châm hay dịng điện mơi trường xung quanh có thay đổi có từ trường Tóm l i t tr ng định nghĩa: Từ trường môi trường vật chất đặc biệt nam châm dịng điện sinh biểu thơng qua có tương tác từ 1.2.1.2 Vector c m ng t , đ nh lý Bio - Savart - Laplace T công thức (I-1) ta thấy: ( ) r r r µµ (I-3) dB = Id l ×r π r r r không phụ thuộc vào I dl0 mà phụ thuộc vào Idl gây t tr ng r khoảng cách r t đến điểm M t i ta đặt phần t I dl0 ta gọi cảm ứng µ µIdl sin θ dB = từ dB Về độ lớn: 4πr r dB có ph ng vng góc với mặt phẳng chứa dl vector r ; có chiều xác định theo quy tắc vặn nút chai (nếu ta vặn nút dl cho tiến theo chiều dịng n chiều vặn nút chiều cảm ứng t ), có điểm đặt t i M; có đ n vị Tesla (T) Công thức (I-3) nội dung dB r định lý Bio - Savart - Laplace Hình I-2 vẽ vector cảm ứng t dòng n r r r thẳng dài, dF vng góc với n & Idl0 nên có ph ng tiếp tuyến với đ ng cảm ứng t , chiều d B dB I nh hình vẽ, độ lớn đ ợc tính mục Hình I-2 1.2.1.3 Nguyên lý ch ng ch t t tr ng Khái ni m chồng chất t tr ng (hay tổng hợp t tr ng) đ ợc l p lu n xây dựng t ng tự nh n tr ng - Cảm ứng t nhiều dòng n gây t irmột điểm đó: r r r r B = B1 + B2 + + Bn = ∑ Bk (I-4) - T tr ng yếu tố dòng n sinh t i điểm xét: ( r r r µµ dB = Id l ×r 4πr ) Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành - Nh v y t tr ng dòng n sinh t i điểm xét: r r r µµ Idl × r ∫( L ) dB = 4π (∫L) r r Vector c ng độ t tr ng H đ ợc định nghĩa t r nh vector n cảm D , nh sau:r r B H = r B = (I-5) ng tự có ý nghĩa µµ (I-6) 1.2.2 TỪ TR NG C A MỘT SỐ DÒNG ĐI N 1.2.2.1 T tr ng gây dòng n dài h u h n Vấn đề đặt tìm cảm ứng t dòng n thẳng dài hữu h n AB t i điểm M cách dòng n đo n R định A θ2 T i to độ l ta lấy đo n nhỏ dịng n dl t tr ng mà gây t i M là: + dB = µ µIdl sin θ 4πr Nên cảm ứng t dòng n gây t i M là: µµ I sin θdl B = 4π ∫ r Trong đó: l = − Rtgθ (l < nằm d ới gốc to độ) Vi phân l ta đ ợc: dθ R2 ) dl = R r = , sin θ sin θ θ µµ I µµ I (cos θ1 − cos θ ) B = V y: sin θdθ = ∫ 4πR θ 4πR R O l θ dl ϕ ϕ r B M θ1 B Hình I-3 Hay sin ϕ1 = cos θ1 , sin ϕ = − cos θ nên: B = µµ I (sin ϕ1 + sin ϕ ) 4πR (I-7) 1.2.2.2 T tr ng gây dịng n dài vơ h n Dịng n dài vô h n tr ng hợp dòng n dài hữu h n khi: ϕ1 = π , ϕ2 = π , nên: µµ I π π (sin + sin ) 4πR 2 µµ I B = 2πR B = 2 (I-8) 1.2.2.3 T tr ng gây dòng n trịn ta tìm cảm ứng t dịng n trịn có c ng độ I, bán kính R gây t i tâm dịng n Cũng cách làm t ng tự lấy đo n dl thì: s B s dB R r dl ( Hình I-4 Giáo trình Vật lý µµ π Idl sin θ ( θ = ) 2 4πR µµ I dl B = 4π ∫ R µµ I 2πR µµ I = dl = 2R 4πR ∫0 µµ I ThS Trương Thành dB = Tóm l i: B = 2R I → H = 2R (Biểu thức B mà ta tính đ ợc ( I-9) t i tâm dịng n) Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành 1.3 TỪ THÔNG, ĐỊNH LÝ O-G (Oxtrograxki - Gauss), r L U THÔNG C A C A VECTOR C NG ĐỘ TỪ TR NG H 1.3.1 Đ NG S C TỪ TR NG, TỪ THÔNG, ĐỊNH LÝ O-G 1.3.1.1 Đ ng c m ng t Để có khái ni m đ ng sức t tr ng ta làm I thí nghi m nh sau: rải r m t sắt (hay kim r B nam châm nhỏ) lên B bìa có dây d n xuyên qua nh hình vẽ I-5 Khi ch a có dịng n ch y qua Hình I-5 m t sắt (hay kim nam châm) xếp theo cách mà rải chúng; bây gi cho dòng n ch y qua chúng t o thành vịng trịn khép kín mà tâm giao tuyến dây d n bìa Sự xếp thành vịng trịn đồng tâm m t sắt hay nam châm nhỏ hình I-5 cho ta nghĩ đến chúng đ ng sức t tr ng Cũng định nghĩa t ng tự nh đ ng sức n tr ng Do định nghiã đ ng sức t tr ng nh sau: Đ ng sức t tr ng đ ng mà tiếp tuyến t i điểm trùng với vector c ng độ t tr ng t i điểm Để thấy đ ợc giống khác đ ng sức n tr ng đ ng sức t tr ng ta rút tính chất sau đ ng sức t tr ng: - Đường sức từ trường đường cong kín - Các đường sức từ trường khơng cắt nhau(nghĩa điểm trường vẽ đường sức đường sức mà thơi) - Đường sức dày từ trường mạnh, đường sức thưa từ trường yếu 1.3.1.2 T thông T thông dφ t tr ng B g ỉ qua di n tích dS t tr ng có định nghĩa nhr rnh sau: dφ = BdS = BdS cos α r r α góc B dS ( Wb ) (I-10) Nhân xét - Nếu α = (vector tr ng xun vng góc với di n tích S) dφ = BdS lớn r dS r B Hình I-6 r n Giáo trình Vật lý - Nếu α = - Nếu ThS Trương Thành π (vector tr π 3π ≥ α ≥ 2 ng khơng xun qua di n tích S) thì: dφ = dφ < (âm) ∫ BdS - T thơng g i qua tồn rdi r n tích S φ = S (I-11) r Đặc bi t t tr ng B r khơng đổi đ a B ngồi dấu tích phân r r rr ta đ ợc: φ = B ∫ dS ⇒ φ = BS (I-12) S 1.3.1.2 Đ nh lý O-G đ i với t tr ng (hình I-7) Từ thơng gửi qua mặt kín S đặt rtừr trường φ = ∫ BdS = (I-13) không S r B r B r 1.3.2 L U SỐ C A VECTOR H 1.3.2.1 Đ nh nghƿa Lưu số vector cường độ từ r trường H dọc theo đường cong kín C từ trường là: r r L = S ∫ Hdl = C ∫ Hdl cosα C r Trong đó: dl vi phân nhỏ đ Hình I-7 (I-14) C I ng cong C, có ph ng chiều tiếpr tuyến d ng t i đó; r r r r H c ng độ t tr ng tai dl ; α = ( B, dl ) Nghĩa dl r dấu L tuỳ thuộc vào góc α H 1.3.2.2 Đ nh lý r Hình I-8 Lưu số vector cường độ từ trường H dọc theo đường trịn có dịng điện thẳng xun qua tâm vng góc với mặt sphẳng đường tròn cường độ dòng điện s L = ∫ Hdl = I (I-15) C 1.3.2.3 Đ nh lý r Lưu số vector cường độ từ trường H dọc theo đường cong tổng dịng điện xun qua diện tích giới hạn đường cong L = n s s = ± H d l ∑ Ik ∫ C (I-16) k =1 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành - Dấu cộng chiều lấy tích phân thu n quy tắc vặn nút chai với chiều dòng n (nghĩa ta vặn I1 I2 In nút chai tiến theo chiều dịng n chiều vặn chiều lấy tích phân) - Dấu tr chiều lấy tích phân ng ợc quy tắc vặn nút chai với chiều C dòng n (nghĩa ta vặn nút chai tiến theo chiều dòng n chiều vặn ng ợc chiều lấy tích phân) Hình I-9a 1.3.2.4 ng d ng Sau ta dùng định lý l u số tìm t tr ng lịng ống dây hình xuyến ống dây thẳng: a) Tìm t tr ng lịng ống dây hình xuyến Ta chọn đ ng tròn l u số đồng tâm với tâm hình xuyến bán kính R (R1 < R 0) λ số tỉ l d ng phụ thuộc vào chất phóng x gọi số phân rã V y: dN = −λdt N Sau lấy tích phân ta đ ợc: N o số nguyên t N = N o e − λt (XII-5) th i điểm ban đầu chất phóng x 135 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành Nh v y chất phóng x bị phân rã theo định lu t hàm số mũ Ta tính th i gian τ để N o giảm nữa, nghĩa khi: t = τ ta có N = N o ln 0,693 = = e −λτ ⇒ τ = λ λ Rút ra: (XII-6) τ gọi chu kỳ bán phân rã chất phóng x Ví dụ uranium τ = 4,5.109 năm, radon τ = 3,825 ngày đêm 12.2.3 QUY T C DỊCH CHUYỂN, HỌ PHÓNG XẠ Trong tự nhiên, có nhiều chất phóng x , bắt đầu t nguyên tố polonium (Z = 84), chất uranium (Z = 92) Các chất phóng x tự nhiên nói chung khơng phát đủ tia α, β γ ng i ta chia chất phóng x làm hai lo i: lo i phóng x α lo i phóng x β Mỗi lo i có kèm theo vi c phát tia γ Trong q trình phân rã α, chất phóng x biến thành chất đứng tr ớc hai bảng tuần hồn Menđêlêev Q 1rình đ ợc biểu di n A → Z −2 Y A−4 + He theo ph ng trình: Z X Trong q trình phân rã β, chất phóng x biến thành chất đứng sau bảng tuần hoàn Menđêlêev Z X A → Z +1 Y A−0 + e − Hai qui tắc dịch chuyển cho phép ta biết đ ợc biến đổi nguyên tố phóng x tự nhiên có lịng đất Trong tự nhiên có tất ba họ phóng x bắt đầu ba chất 92 U 238 , 92 U 235 , 90 Th 232 Quá trình phân rã ba họ nh sau: 92 90 92 U 238 ⎯⎯→ Th 234 ⎯⎯→ Pa 234 → →82 Pb 206 α β− 90 Th 232 ⎯ ⎯→ Ra α 88 → → 82 Pb 208 91 228 U 235 ⎯⎯→ Th 231 → →82 Pb 207 α 90 Cả ba họ t n chất đồng vị bền vững chì 12.2.4 PHĨNG XẠ NHÂN TẠO Thực nghi m chứng tỏ t o nên chất phóng x khơng có tự nhiên, chất phóng xạ nhân tạo Ví dụ bắn neutron vào chất 11 Na 23 ta đ ợc chất đồng vị 11 Na 24 Chất có tính phóng x β-: Na 23 + o n1 →11 Na 24 + γ Khi bắn h t α vào chất B10 ta đ ợc đồng vị N 13 nitrogen Chất có tính phóng x , phát dòng h t giống tia β- nh ng mang n tích d ng Đó tia β+, cấu t o b i h t giống nh n t nh ng mang n 11 tích trái dấu H t đ ợc gọi pozitron (e+) Pozitron có spin s = Nh v y trình phân rã N 13 biểu di n nh sau: 136 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành N 13 → C 13 + e + q trình phân rã β+, chất phóng x biến thành chất đứng tr ớc bảng tuần hoàn Menđêlêev X A → Z −1 Y A+0 + e + 12.2.5 S PHÂN RÃ β VÀ HẠT NƠTRIO Sau có m u h t nhân ng i ta cho hi n t ợng phóng x β biến đổi neutron thành proton proton thành neutron (XIIn → p + e − (phóng x β ) 7) + p → n + e + (phóng x β ) Tuy nhiên theo giả thuyết ta gặp số khó khăn sau: - Định lu t bảo toàn l ợng không đ ợc nghi m: thực nghi m chứng tỏ phân rã β, động h t β nhỏ h n l ợng đ ợc giải phóng ( E gph ) V y phần l ợng E = E gph − E β biến đâu? - Định lu t bảo tồn spin khơng đ ợc nghi m: spin h tr ớc sau phân rã β khơng bảo tồn Z spin: n → p + e− 1 → spin: ± 2 p → n + e+ 1 ± (một bên nguyên bên bán nguyên) → 2 Để giải khó khăn Pauli đ a giả thuyết cho phân rã β, h t β- β+ xuất hi n h t H t trung hồ n, có khối l ợng khơng đáng kể, có spin s = , gọi h t neutrino (ν) Nh khó khăn kể đ ợc giải Thực v y: Phần l ợng E = E gph − E β động h t ν Nh v y l ợng toàn h bảo toàn, Spin h đ c bảo toàn: spin: p → n + e+ +ν 1 1 → ± m 2 2 Trong biến đổi neutron thành proton, có h t phản neutrino ν bay ra: − n → p + e− +ν 1 1 → ± m 2 − spin: Đến năm 1957, nh có lị phản ứng ng neutrino mà Pauli đốn tr ớc 26 năm 137 i ta ghi đ ợc h t Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành 12.3 S PHÂN HẠCH VÀ PH N NG DÂY CHUYỀN 12.3.1 S PHÂN HẠCH Các h t nhân có tính bền vững khác Các h t nhân nặng bền vững h n h t nhân khác, h t nhân có nhiều proton, nên có hi n t ợng t ng tác Coulomb (lực đẩy) proton Do h t nhân nặng có khả d dàng bị phân chia h n h t nhân khác Hi n t ợng phân chia h t nhân đ ợc gọi tượng phân hạch Hi n t ợng phân h ch đ ợc phát hi n h t nhân uranium Sự phân h ch xảy tự phát d ới tác dụng neutron Hi n t ợng phân h ch tự phát xảy ra, thí dụ h t nhân 92 U 238 , th i gian để hi n t ợng phân h ch tự phát xảy vào khoảng 1016 năm Thông th ng ng i ta quan sát hi n t ợng phân h ch d ới tác dụng neutron Ví dụ: d ới tác dụng neutron ch m (v n tốc vào khoảng vài trăm m/s) 92 U 235 tách thành mảnh có số khối l ợng khác Sự phân h ch cho ta cặp mảnh khác cho t đến ba neutron tự Điều phụ thuộc vào điều ki n cụ thể cuaí thí nghi m (nh phụ thuộc vào v n tốc neutron bắn vào h t nhân) Ví dụ: phản ứng xảy 92 U 235 là: 92 U 235 + o n1 → 54 Xe139 + 38 Sr 95 + o n1 Thí nghi m chứng tỏ, phản ứng phân h ch có hi n t ợng hụt khối l ợng, nghĩa tổng khối l ợng h t nhân sau phân h ch nhỏ h n tổng khối l ợng h t nhân tr ớc phân h ch Do có hụt khối nên có l ợng toả d ới d ng nhi t Nh phản ứng phân h ch h t nhân 92 U 235 , l ợng tỏa vào c 150MeV 12.3.2 PH N NG DÂY CHUYỀN Quá trình phân chia h t nhân 92 U 235 có tính chất dây chuyền Thực v y, sau h t nhân 92 U 235 thứ đ ợc phân chia có hai đến ba neutron bắn Nh ng neutron l i bắn phá h t nhân uranium khác gần đó, tiếp tục nh v y mãi, nghĩa phản ứng tiếp di n có tính chất dây chuyền Trong phản ứng dây chuyền, l ợng toả lớn Tuy nhiên, thực U tế ng i ta th ng dùng n uranium thiên nhiên (uranium thiên nhiên chứa 99,3% 238 , 0,7% 92 U 235 ) vi c 92 U 138 Hình XII-3 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành lọc riêng 92 U 235 phức t p Đối với uranium thiên nhiên, phản ứng dây chuyền xảy khó khăn hai nguyên nhân: - Uranium 92 U 238 d dàng hấp thụ neutron để biến thành chất đồng vị 92 U 239 , thiếu neutron để gây phản ứng dây chuyền - Chỉ có neutron ch m có khả phân chia 92 U 235 , nh ng neutron thu đ ợc phản ứng l i neutron nhanh (v n tốc vào khoảng vài ba nghìn km/s) Do đó, để phản ứng dây chuyền xảy ra, ng i ta th ng làm giàu 92 U 235 uranium thiên nhiên, làm ch m neutron nhanh Điều đ ợc ứng dụng lị phản ứng h t nhân 12.3.3 LÒ PH N NG HẠT NHÂN Trong lò phản ứng h t nhân ng i ta th ng dùng uranium thiên nhiên uranium đ ợc làm giàu 92 U 235 Điều ki n để xảy phản ứng dây chuyền khối l ợng uranium lò phải lớn h n khối l ợng tới h n (khối l ợng tới h n 92 U 235 1kg, uranium thiên nhiên lên đến hàng chục kg) Nếu khối l ợng uranium lò nhỏ h n khối l ợng tới h n này, lị khơng đủ số h t nhân 92 U 235 để xảy phản ứng dây chuyền neutron bay ngồi khối uranium khơng gây nên phản ứng Nh ta biết, neutron sinh phản ứng neutron nhanh, lị ng i ta th ng dùng graphit (hay n ớc nặng) để làm ch m neutron Vi c điều chỉnh ho t động lò Cd đ ợc thực hi n cadimi (Cd) có đặc tính hấp tụ m nh neutron Muốn cho lò ch y yếu đi, ÄÚ ïng næåïc ÄÚ ïng næåïc ng i ta cho d n Cd vào lò, ng ợc l i muốn cho lò ch y m nh thêm, ng i ta rút Hình XII-4 Cd (H XII-4) Trong lị có xảy phản ứng phân h ch nên l ợng lò toả raïút lớn Nếu ống d n n ớc qua lị, l ợng lị làm cho n ớc bốc h i, dùng h i n ớc tác nhân máy nhi t Tuy nhiên ng i ta khơng dùng n ớc n ớc bị nhi m phóng x Ng i ta cho n ớc trao đổi nhi t với luồng n ớc khác, để giảm bớt độ phóng x sau dùng để ch y máy 139 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành Ngồi ra, nh có lị phản ứng h t nhân, ng i ta t o nên chất đồng vị phóng x để dùng công nghi p Liên Xô cũ n ớc giới xây dựng nhà máy n nguyên t lắp “tàu phá băng Lênin” ch y lò phản ứng h t nhân Phản ứng h t nhân đ ợc s dụng để chế bom nguyên t Quả bom nguyên t gồm hai mảnh uranium (hoặc plutonium) có khối l ợng nhỏ h n khối l ợng tới h n Khi hai mảnh hợp l i có khối l ợng lớn h n khối l ợng tới h n, phản ứng phân h ch xảy 140 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành 12.4 PH N NG NHI T HẠCH Ngoài hi n t ợng toả l ợng h t nhân nặng bị phá vỡ h t nhân nhẹ kết hợp với để thành h t nhân nặng h n, toả l ợng lớn Ví dụ: H +1 H → H + o n1 + 3,3MeV H +1 H →1 H +1 p1 + MeV 1 H + H → H + o n + 17,5MeV 1 (XII-8) Những phản ứng đ ợc gọi phản ứng nhiệt hạch Năng l ợng nhi t h ch lớn h n l ợng phân h ch nhiều Ví dụ: 1kg 92 U 235 toả l ợng 2,3.107 kWh, 1kg D toả l ợng 16.107 kWh Phản ứng nhi t h ch xảy nhi t độ hàng tri u độ, động nucleon đủ lớn để thắng công lực đẩy Coulomb proton nucleon tiến l i gần Trên Mặt tr i, nhi t độ tới hàng tri u độ, nên th ng xuyên xảy phản ứng nhi t h ch, nguồn gốc l ợng Mặt tr i Phản ứng nhi t h ch đ ợc s dụng để chế t o bom khinh khí Trong bom ng i ta th ng dùng phản ứng nhi t h ch D 1T Để có nhi t độ cao ban đầu t o điều ki n cho phản ứng nhi t h ch xảy ra, bom khinh khí ng i ta đặt bom nguyên t Khi bom nguyên t nổ, nhi t độ lên tới vài tri u độ, xảy phản ứng nhi t h ch 141 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành Bài tập chương XI, XII V T LÝ NGUYÊN TỬ, V T LÝ HẠT NHÂN Bài t p mẫu: Tìm b ớc sóng nhỏ lớn quang phổ hydrogen miền ánh sáng thấy đ ợc A0 Cho biết 1A0 = 10-10m Gi i: Các b ớc sóng quang phổ hydrogen miền ánh sáng thấy đ ợc tất v ch đ ợc cho b i công thức: 1 − ) n' n λ=R( Thay λ = c = vào ph T λ hay ng trình trên, ta đ ợc: 1 − 2) λ n' n 1 R = ( 2− 2) λ c n' n c =R( Trong c v n tốc ánh sáng chân không (c = 3.108 m ) Dãy Banme s gồm có v ch có b ớc sóng nằm miền ánh sáng thấy đ ợc, t ng ứng với n’ = n = 3, 4, Rõ ràng, b ớc sóng nhỏ v ch quang phổ dãy ứng với n = ∞ Gọi λmim b ớc sóng đó, dựa vào ph ng trình ta có: R 4c λmim 4c λmim = = 3,65.10-7m R hay: = B ớc sóng lớn ứng với n = Gọi (max b ớc sóng ta có: λmim = R 1 ( 2− 2) c Phép tính cho ta λmax = 6,56.10-7 m Nh v y miền quang phổ thấy đ ợc nguyên t hydrogen nằm khoảng λmim = 3,65.10-7m λmax = 6,56.10-7m Nếu ta tính A0, ta có λmim = 3650A0, λmax = 6560A0 Bài t p t gi i: Tìm b ớc sóng nhỏ v ch quang phổ miền t ngo i quang phổ hydrogen Đáp số: λ = 0,917.10-7m Trong toán 1, để làm xuất hi n v ch quang phổ đó, ng i ta kích thích nguyên t hydrogen cách bắn vào n t , hỏi v n tốc nhỏ mà n t bắn phá phải có? Đáp số: v = 1,90.106 142 m s Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành Tính iơn hố ngun t hydrogen Đáp số: W = 13,5eV Để kích thích nguyên t hydrogen ng i ta bắn vào chúng n t a) Hỏi n t phải có l ợng nhỏ để tất v ch quang phổ hydrogen xuất hi n b) Hỏi v n tốc nhỏ phải có n t Đáp số: a) 13,5 eV b) vmim= 2,2.106m/s H ớng d n: Tất v ch quang phổ hyđrô xuất hi n nguyên t hydrogen bị ion hoá a) Tìm bán kính quỹ đ o n t t ng ứng với mức l ợng nhỏ nguyên t hydrogen b) Xác định b ớc sóng v ch quang phổ λH nguyên t hydrogen phát n t chuyển t quỹ đ o có n = quỹ đ o n’ = Đáp số: a) r = 5,3.10-9 cm b) λH = 4.870A0 Có v ch đ n quang phổ sau đây: hν = 3D - 4P Hãy biểu di n hình vẽ tính độ biến thiên moment t Cho v ch quang phổ sau (khi kể đến Spin): hν = 2 P1 − D 2 V ch quang phổ viết hay sai? Giải thích? H t chuyển động chiều có hàm sóng: λ= Đáp số: πnx sin , (0 < x < a) a a Tính xác suất tìm h t khoảng a 3a ≤x≤ 4 143 mức l ợng n=1 Đáp số: W = 0,818 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành TÀI LI U THAM KH O Nguyển Xuân Chi tác giả V T LÍ Đ I C NG, t p NXBĐH THCN năm 1998 L ng Dun Bình V T LÍ Đ I C NG t p NXBGD1996 10 Vũ Thanh Khiết tác giả GIÁO TRÌNH ĐI N Đ I C NG NXBGD năm 1977 11 Nguy n Phúc Thuần V T LÍ NGUYÊN T VÀ H T NHÂN NXBGD năm 1997 12 Lê Chấn Hùng, Lê Trọng T ng V T LÍ NGUYÊN T VÀ H T NHÂN NXBGD năm 1999 13 DAVID HALLIDAY tác giả C S V T LÝ NXBGD năm 1996 14 DAVID HALLIDAY tác giả C S V T LÝ NXBGD năm 1996 144 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành M CL C CH ƠNG 1: TỪ TR NG 1.1 T tr ng, định lu t Ampêre 1.2 Cảm ứng t 1.3 T thông, định lý O-G 1.4 Tác dụng t tr ng lên dòng n 10 Bài t p ch ng1 11 CH ƠNG 2: C M NG ĐI N TỪ 17 2.1 Các định lu t cảm ứng n t 17 2.2 Hi n t ợng tự cảm 29 Bài t p ch ng 22 CH ƠNG 3: TR NG ĐI N TỪ 26 3.1 Lu n điểm 1của Maxwell 26 3.2 Lu n điểm 2của Maxwell 27 3.3 H ph ng trình Maxwell 28 CH ƠNG 4: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG 32 4.1 Dao động điều hoà 32 4.2 Dao động tắt dần 33 4.3 Dao động c ỡng 34 4.4 Sóng c 35 CH ƠNG 5: QUANG HỌC SÓNG - GIAO THOA 39 5.1 Những c s quang học sóng 39 5.2 Giao thoa ánh sáng 40 5.3 Giao thoa ánh sáng Young 43 5.4 Giao thoa ánh sáng mỏng 45 Bài t p ch ng 49 CH ƠNG 6: QUANG HỌC SÓNG - NHIỄU XẠ 56 6.1 Định nghĩa nhi u x 56 6.2 Điều ki n cực trị 58 6.3 Nhi u x sau khe hẹp 60 6.4 Nhi u x sau nhiều khe hẹp 62 6.5 Nhi u x tinh thể 63 Bài t p ch ng6 67 CH ƠNG 7: QUANG HỌC SÓNG - PHÂN C C 71 7.1 Aïnh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực 71 7.2 Sự phân cực phản x 73 7.3 Giải thích hi n t ợng l ỡng chiết 75 CH ƠNG 8: QUANG L ỢNG TỬ-B C XẠ NHI T 79 8.1 Tán sắc ánh sáng 79 8.2 V t đen t đối 81 8.3 Các định lu t x nhi t 83 145 Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành 8.4 Công thức Planck 86 Bài t p ch ng8 89 CH ƠNG 9: QUANG L ỢNG TỬ-HI N T ỢNG Q ĐI N 93 9.1 Hi n t ợng quang n 93 9.2 Hi n t ợng quang n 95 9.3 Hi n t ợng Compton 96 Bài t p ch ng 99 CH ƠNG 10: CƠ HỌC L ỢNG TỬ 101 10.1 Tính sóng h t v t chất 101 10.2 H thức bất định Heisenberg 104 10.3 Ph ng trình c c học l ợng t 107 Bài t p ch ng10 112 CH ƠNG 11: V T LÝ NGUYÊN TỬ 115 11.1 Nguyên t hyđrô 120 11.2 Nguyên t kim lo i kiềm 122 11.3 Moment 124 11.4 Spin n t 126 11.5 H thống tuần hoàn 128 CH ƠNG 12: V T LÝ HẠT NHÂN 128 12.1 Những tính chất c 128 12.2 Phóng x 131 12.3 Phân h ch 134 12.4 Phản ứng nhi t h ch 136 Bài t p ch ng 11, 12 138 Tài li u tham khảo 141 146