5 / 8 1 hc kT hc ud d e λ λ πλ λ λ − = − (12.5) Mật độ năng lượng đơn sắc là : 5 / 8 1 hc kT hc u e λ λ π λ − = − (12.6) Suy ra độ chói năng lượng đơn sắc : Công thức được gọi là công thức Planck, hoàn toàn phù hợp với đường đặc trưng C vẽ được bởi thực nghiệm (hình 10). Hằng số h được gọi là hằng số Planck. h = (6,6253 + 0,0003) x 10-34 joule giây Vậy theo Planck, năng lượng của mỗi vật dao động phải là một bội số nguyên của tích số giữa hằng số h và tần số ( của bức xạ mà nó phát ra. Năng lượng của một vật dao động chỉ có thể thay đổi nhỏ nhất là: ε = hν Ta có thể từ công thức Planck tìm lại các định luật Stefan – Boltzmann, định luật Wien, công thức Rayleih – Jeans khi ( lớn. Điều này xác định sự đúng đắn của giả thuyết Planck về lượng tử. Khái niệm về lượng tử được Planck đưa ra năm 1900, lúc đầu chỉ nhằm mục đích cố gắng giải thích hiện tượng bức xạ nhiệt của vật đen. Nhưng ta sẽ thấy, phát kiến táo bạo và nổi tiếng này của Planck đã dẫn tới những chuyển biến mạnh trong ngành vật lý. §§13. BỨC XẠ NHIỆT CỦA VẬT THỰC. Theo định luật Kirchhoff, ta có : e( < evđ( hay R( < Rvđ( Ở cùng một nhiệt độ và xét cùng một độ dài sóng, hệ số phát xạ đơn sắc của một vật thực (không đen) bao giờ cũng nhỏ hơn hệ số phát xạ đơn sắc của vật đen. MàĠ suy ra : R < Rvđ Nghĩa là năng suất phát xạ toàn phần của vật thực cũng phải nhỏ hơn năng suất phát x ạ toàn phần của vật đen. Ta cũng có thể khảo sát sự phân bố năng lượng trong phổ bức xạ của một vật thực bằng phương pháp giống như khi khảo sát sự bức xạ của vật đen, nhưng trong trường hợp này đường đặc trưng tùy thuộc bản chất của vật thực. Trong hình vẽ 11 đường a và b là các đường đặc trưng phổ phát xạ c ủa hai vật thực A và B ở cùng nhiệt độ nhưng làm bằng hai chất khác nhau. Đường C là đường đặc trưng phổ phát xạ của vật đen. Những vật thực có hệ số hấp thụ a( thay đổi không đáng kể theo độ dài sóng ( (a(= a, hằng số đối với độ dài sóng) nên độ chói năng lượng đơn sắc e( tỉ lệ với độ chói E( của vật đen ứng với cùng m ột độ dài sóng và cùng một nhiệt độ: e??= aE?. Trong trường hợp này sự phân bố năng lượng trong phổ phát xạ giống như sự phân bố trong phổ của vật đen (hình 12) và vật được gọi là vật xám, thí dụ trường hợp carbon. 1 2 / 52 − = − λ λ λ kThc e hc E b a c e λ λ Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Trong trng hp cỏc kim loi, ng phõn b nng lng trong ph phỏt x cú dng tng t nh trng hp vt en nhng nh nhn dch chuyn thng l v phớa di súng ngn, i vi ng c trng ph phỏt x ca vt en cựng mt nhit (hỡnh 13). Vi cỏc vt en, n ng sut phỏt x ton phn Rv tuõn theo nh lut Boltzmann. Rv = (. T4 Vi cỏc vt thc thỡ nng sut phỏt x ton phn R phi nh hn . R < Rv hay R < ( . T4 Ta t R = b ( T4 b c gi l en ca vt, cú tr s tựy thuc tớnh cht v nhit ca vt v luụn luụn nh hn mt (b < 1). Nu ta xột nhit T ca mt vt en cú nng sut phỏt x ton ph n bng nng sut phỏt x ca mt vt thc nhit T thỡ T c gi l nhit bc x ca vt thc. Ta cú : (T4 = b ( T4 Suy ra nhit thc ca vt thc l : 4 ' b T T = (13.2) Nh vy nu xỏc nh c nhit bc x T ca vt thc, ta suy ra c nhit thc T ca nú nu bit en b. ĐĐ14. HA K QUANG HC. Ha k quang hc dựng o cỏc nhit cao, thớ d nhit mt vt nung , nhit lũ luyn kim. Vi cỏc nhit cao nh vy ngi ta khụng th xỏc nh bng cỏc phng phỏp thụng thng. Sau õy l hai kiu quang ha k ch yu. * Quang ha k bc x ton phn. Loi quang ha k ny do cụng sut phỏt x ton phn ca vt en, thớ d ca s mt lũ luyn kim v ng dng nh lut Stefan suy ra nhit ca vt. Di õy l s ca mt loi quang ha k kiu ny. Vaọt ủen m Vaọt xaựm e H .12 Vaọt ủen Kim loaùi e H .13 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Thấu kính L trong suốt đối với mọi đơn sắc, hội tụ chùm tia bức xạ phát ra từ nguồn A (đóng vai trò của vật đen) vào một đĩa nhỏ k bằng bạc bôi đen. Độ chói của ảnh A’ trên đĩa k bằng độ chói của nguồn A. Nhiệt độ của đĩa k được đo bằng một cặp nhiệt điện và một điện k ế G có độ nhạy lớn. Nhiệt độ này tỷ lệ với độ chói của ảnh A', do đó tỉ lệ với độ chói của vật đen A. Bằng một băng đo mẫu nhiệt độ có sẵn, ta suy ra nhiệt độ của A bằng cách đọc độ chỉ trên điện kế G. Nếu A không phải vật đen thì nhiệt độ đo được chỉ là nhiệt độ bứ c xạ T’ của vật. Nhiệt độ thực của A là T =Ġ với b là độ đen của A. * Quang hỏa kế đơn sắc. Thấu kính L1 của quang hỏa hội tụ chùm tia sáng phát ra từ nguồn A, tạo thành một ảnh A’ nằm trong mặt phẳng của dây tóc bóng đèn L. Bản ( là một kính lọc màu chỉ cho màu đỏ lân cận độ dài sóng, thí dụ 0,66(, đi qua. Khi quan sát ta thấy ảnh củ a dây tóc bóng đèn nằm trên một nền, sáng hơn hoặc tối hơn, đó là ảnh của A. Điều chỉnh biến trở R cho tới khi ta thấy ảnh của dây tóc bóng đèn biến mất trên nền đỏ ảnh của A. Khi đó độ chói của nguồn bức xạ A và của dây tóc bóng đèn bằng nhau ở các độ dài sóng lân cận 0,66(. Đọc độ chỉ trên điện kế G và nhờ một bảng đo mẫu có trước, ta suy ra nhiệt độ của nguồn bức xạ A. Nếu nguồn bức xạ A là vật đen thì nhiệt độ đo được là nhiệt độ thực của A. Nếu A không phải là vật đen thì nhiệt độ đo được Ta không phải là nhiệt độ thực của A (vì khi đo mẫu, ta dùng các vật đen). Ta được gọi là nhiệt độ chói ứng với độ dài sóng được khả o sát. Nhiệt độ Ta được đọc trên bảng đo mẫu (thực hiện với các vật đen) nên nó chính là nhiệt độ của vật đen có độ chói bằng độ chói của vật thực A. Nếu gọi T là nhiệt độ thực của A ta có : G A L 1 L 2 l L p R A’ H .15 B A A ’ K G H .14 L Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m e λ , T = E λ, Ta Với các nhiệt độ nhỏ hơn 3000o và với ánh sáng thấy được ta có thể dùng công thức đơn giản của Wien thay cho công thức Planck. Vậy : ĉ với C1 = 2hc2 C2 = k hc Suy ra : Log a λ, T + 0 11 2 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − TT C a λ Từ đó suy ra nhiệt độ thực của A Ta a LogaT hc k T T , .1 λ λ + = Thí dụ đối với vật bức xạ là một sợi dây tungsten nung tới 2000ok thì nhiệt độ chói ứng với độ dài sóng 6650 Ao vào khoảng 1860ok. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Chương IX HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN §§1. THÍ NGHIỆM CĂN BẢN. Dùng một bản P bằng kẽm và gắn với một bình điện nghiêm như hình vẽ. Tích điện vào bình. Rọi vào bản P một chùm tia sáng giàu tia tử ngoại, ta thấy kết quả như sau : Nếu bình điện nghiêm được tích điện dương thì sự chiếu sáng trên không gây ra một tác dụng nào đối với điện tích của bình : f vẫn tách khỏi E như cũ. Nếu bình điện nghiêm được tích đ iện âm, ta thấy f khép lại khá nhanh, chứng tỏ điện tích của bình điện nghiêm, cũng như của bản P giảm đi và triệt tiêu : bình đã phóng điện. Bây giờ lại tích điện âm vào bản P và bình điện nghiêm nhưng đặt giữa nguồn sáng và bản P một bản thủy tinh (bản này có tính chất hấp thụ tia tử ngoại). Ta thấy sự phóng điện không xảy ra : f và E vẫn đẩ y nhau. Từ thí nghiệm này, người ta kết luận : Ánh sáng tử ngoại khi chiếu tới bản kẽm đã làm bật ra các electron ở bản P, do đó điện tích âm ở bản P và ở bình giảm đi và triệt tiêu. Sự phóng thích electron gây ra bởi ánh sáng như vậy được gọi là hiệu ứng quang điện : các electron được phóng thích trong hiệu ứng này được gọi là quang điện tử. Hiệu ứng này được khám phá bởi Hertz năm 1887. §§2. TẾ BÀO QUANG ĐIỆN. Dụng cụ chính để khảo sát hiện tượng quang điện là tế bào quang điện. Đó là một bóng trong suốt không cản tia tử ngoại, bên trong bóng hầu như là chân không và gồm có : - Một cathôd C (bản âm cực) là một lớp kim loại tinh chất mà ta muốn khảo sát. - Một anôd A (bản dương cực) là một thanh kim loại (có thể là một vòng kim loại). Anôd A được nối với một điện thế cao hơn đ iện thế ở cathod C. Do đó khi rọi vào cathod một chùm tia sáng thích hợp, làm bật ra các electron thì những electron này sẽ bị hút về phía anod tạo thành một dòng electron di chuyển. H .2 H .1 f E P • Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . nhỏ hơn năng suất phát x ạ toàn phần của vật đen. Ta cũng có thể khảo sát sự phân bố năng lượng trong phổ bức xạ của một vật thực bằng phương pháp giống như khi khảo sát sự bức xạ của vật. nhanh, chứng tỏ đi n tích của bình đi n nghiêm, cũng như của bản P giảm đi và triệt tiêu : bình đã phóng đi n. Bây giờ lại tích đi n âm vào bản P và bình đi n nghiêm nhưng đặt giữa nguồn sáng. tia bức xạ phát ra từ nguồn A (đóng vai trò của vật đen) vào một đĩa nhỏ k bằng bạc bôi đen. Độ chói của ảnh A’ trên đĩa k bằng độ chói của nguồn A. Nhiệt độ của đĩa k được đo bằng một cặp nhiệt