Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG V QUANG LƯỢNG TỬ I Bức xạ nhiệt 1 Bức xạ nhiệt cân bằng Bức xạ nhiệt là năng lượng vật phát ra dưới dạng sóng điện từ khi vật bị kích thích bởi tác dụng nhiệt Bức xạ nhiệt xảy ra ở điều kiện nh[.]
CHƯƠNG V QUANG LƯỢNG TỬ I.Bức xạ nhiệt: 1.Bức xạ nhiệt cân Bức xạ nhiệt lượng vật phát dạng sóng điện từ vật bị kích thích tác dụng nhiệt Bức xạ nhiệt xảy điều kiện nhiệt độ vật không thay đổi gọi xạ nhiệt cân Cường độ xạ thành phần phổ xạ điện từ vật phát phụ thuộc chất vật nhiệt độ 2) Những đại lượng đặc trưng: a) Năng suất phát xạ toàn phần RT : đại lượng có trị số lượng phát từ đơn vị diện tích mặt ngồi vật theo phương, đơn vị thời gian, ứng với bước sóng dT RT dS dT lượng tồn phần phần tử diện tích dS phát đơn vị thời gian nhiệt độ T Trong hệ đơn vị SI, đơn vị RT W/m2 b) Hệ số phát xạ đơn sắc: Xét vật phát xạ, phát chùm sáng không đơn sắc Tách chùm sáng ánh sáng gần đơn sắc, có bước sóng nằm khoảng từ λ đến λ + dλ với dλ nhỏ so với λ Đại lượng: dR r ,T T d hệ số phát xạ đơn sắc vật nhiệt độ T ứng với bước sóng Đơn vị W/m3 Bằng thực nghiệm đo r ,T ứng với xạ đơn sắc có bước sóng khác nhiệt độ T xác định tính suất phát xạ tồn phần vật cơng thức : RT r ,T d Chúng ta tính suất phát xạ tồn phần suất phát xạ đơn sắc qua đơn vị tần số RT r ,T d Liên hệ rλ,T rν,T Rõ ràng là: r ,T d r ,T d c c d d c r ,T d r ,T d c c r ,T r ,T hay r ,T r ,T c)Hệ số hấp thụ toàn phần: Gọi dTlà toàn lượng xạ gửi tới đơn diện tích đơn vị thời gian dT' phần lượng diện tích hấp thụ khoảng thời gian đại lượng: d 'T aT d T gọi hệ số hấp thụ toàn phần vật nhiệt độ T Thực nghiệm chứng tỏ vật thông thường aT < d) Hệ số hấp thụ đơn sắc: a ,T d ' ,T d ,T d ,T phần lượng xạ bước sóng gửi tới đơn vị diện tích đơn vị thời gian d ' ,T phần lượng hấp thụ Thơng thường thì: a ,T 3.Vật đen tuyệt đối: Là vật hấp thụ hoàn toàn lượng xạ đơn sắc gửi tới nhiệt độ Vậy vật đen tuyệt đối thì: a ,T với T Trong thực tế, ,một bình kín rỗng có khoét lỗ nhỏ mặt phủ lớp chất đen xốp coi vật đen tuyệt đối Cần ý rằng, vật đen tuyệt đối khơng hấp thụ xạ mà cịn phát xạ II Định luật Kirchhoff : Tỉ số suất phát xạ đơn sắc r ,T hệ số hấp thụ đơn sắc a ,T vật trạng thái cân nhiệt không phụ thuộc vào chất vật mà phụ thuộc vào nhiệt độ T bước sóng xạ đơn sắc r ,T a ,T f ( , T ) Hàm số f ( , T ) không phụ thuộc vào vật nào, gọi hàm số phổ biến Theo ĐL này, vật phát xạ mạnh hấp thụ mạnh xạ • Đối với vật đen tuyệt đối a ,T nên: f ( , T ) r ,T Vậy hàm phổ biến suất phát xạ đơn sắc VĐTĐ • Đối với vật xám a ,T nên: r ,T a ,T f ( , T ) f ( , T ) Vậy suất phát xạ vật xám nhỏ suất phát xạ VĐTĐ nhiệt độ bước sóng • Theo ĐL Kirchhoff: r ,T a ,T f ( , T ) Vậy muốn r ,T a ,T f ( , T ) nghĩa điều kiện cần đủ để vật phát xạ phải hấp thụ xạ vật đen tuyệt đối nhiệt độ với phải phát xạ IV Các Định luật phát xạ VĐTĐ Đường đặc trưng phổ phát xạ VĐTĐ Hệ số phát xạ đơn sắc vật đen tuyệt đối đo thực nghiệm Sự phụ thuộc vào bước sóng nhiệt độ khác hình vẽ f ( , T ) T5 = 6000K T4 = 5000K T3 = 4000K T2 = 3600K T1 = 1000K miền quang phổ thấy Miền tử ngoại Miền hồng ngoại Từ đồ thị ta rút kết luận sau: a) Nhiệt độ cao, vật xạ mạnh Năng suất phát xạ toàn phần vật: RT f ( , T )d 0 Bằng độ lớn diện tích phần nằm đường cong f ( , T ) trục hoành b) Ở nhiệt độ cho trước, NXPX đơn sắc có đỉnh hay cực đại c) Nhiệt độ cao cực đại NXPX đơn sắc dịch dần phía bước sóng ngắn (tần số cao hơn) Các ĐL thực nghiệm xạ VĐTĐ: Xuất phát từ việc nghiên cứu đồ thị thực nghiệm NSPX VĐTĐ, nhà vật lý rút số định luật sau: a) ĐL Stefan-Boltzmann: Năng suất phát xạ toàn phần VĐTĐ : RT T = 5,67.108 W/m2.K4 Gọi số Stefan – Bolzmann • Cơng suất phát xạ từ diện tích S bề mặt nhiệt độ T VĐTĐ là: P S T 4 Và vật xám là: P T S hệ số phát xạ (bằng hệ số hấp thụ) Năng lượng phát xạ xạ điện từ từ diện tích S bề mặt nhiệt độ T thời gian t W = P.t b) Định luật Wien m T b Đối với VĐTĐ, bước sóng m ứng với NSPX đơn sắc cực đại tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối vật đó; b =2,898.10-3m.K gọi v số Wien 3 Công thức Rayleigh – Jeans khủng hoảng vùng tử ngoại a) Công thức Rayleigh – Jeans: xuất phát từ quan niệm cổ điển, coi nguyên tử, phân tử phát xạ hấp thụ lượng liên tục Rayleigh-Jeans tìm cơng thức xác định hệ số phát xạ đơn sắc VĐTĐ 2 c f ( , T ) kT 2 v f ( , T ) kT c Hay k số Bolzmann, T nhiệt độ tuyệt đối vật b)Sự khủng hoảng vùng tử ngoại Năng suất phát xạ tồn phần VĐTĐ tính theo công thức Rayleigh – Jeans RT 0 d f ( , T ).d 2 ckT 0 Như RT điều hoàn toàn mâu thuẩn với kết thực nghiệm Người ta gọi bất lực lí thuyết cổ điển trường hợp “sự khủng hoảng tử ngoại” Theo Rayleigh - Jeans Theo thực nghieäm ... phổ biến Theo ĐL này, v? ??t phát xạ mạnh hấp thụ mạnh xạ • Đối v? ??i v? ??t đen tuyệt đối a ,T nên: f ( , T ) r ,T V? ??y hàm phổ biến suất phát xạ đơn sắc V? ?TĐ • Đối v? ??i v? ??t xám a ,T nên: r... b Đối v? ??i V? ?TĐ, bước sóng m ứng v? ??i NSPX đơn sắc cực đại tỉ lệ nghịch v? ??i nhiệt độ tuyệt đối v? ??t đó; b =2,898.10-3m.K gọi v số Wien 3 Công thức Rayleigh – Jeans khủng hoảng v? ?ng tử ngoại... đơn sắc a ,T v? ??t trạng thái cân nhiệt không phụ thuộc v? ?o chất v? ??t mà phụ thuộc v? ?o nhiệt độ T bước sóng xạ đơn sắc r ,T a ,T f ( , T ) Hàm số f ( , T ) không phụ thuộc v? ?o v? ??t nào, gọi