Bμi giảng Vật lý đại cươngTác giả: PGS.. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội... Bức xạ nhiệt 1.1.Các khái niệm mở đầu: Các nguyên tử bị kích thích phát ra bức
Trang 1Bμi giảng Vật lý đại cương
Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội
Trang 2Ch−¬ng 5 Quang häc l−îng tö
Trang 31 Bức xạ nhiệt 1.1.Các khái niệm mở đầu:
Các nguyên tử bị kích thích phát ra bức xạ điện
từ, bức xạ do kích thích nhiệt ->Bức xạ nhiệt
Năng l−ợng bức xạ phát ra=năng l−ợng thu vμo bằng hấp thụ bức xạ =>Trạng thái cân bằng
nhiệt động ứng với nhiệt độ xác định
1.2.Các đại l−ợng đặc tr−ng
dS Năng l−ợng bức xạ phát ra từ dS trong
đơn vị thời gian (năng thông bức xạ từ dS) bởi các bức xạ có tần số trong
khoảng ν ữ ν + dν lμ dWp(ν,T)
Trang 4Hệ số hấp thụ đơn sắc
∫
∞
ν ν
=
0
d ) T , ( r )
T
(
hay độ tr−ng của vật
dWt(ν,T) do dS hấp thụ
dW(ν,T) chiếu đến dS a(ν,T)<1
a(ν,T)=1 Vật đen tuyệt đối
dWp(ν,T)=r(ν,T)dS.d ν r(ν,T)Năng suất phát xạ đơn sắc ứng với tần số ν
) T , ( dW
) T , (
dW )
T , (
ν
ν
= ν
Trang 51.3 Định lý Kirkhốp (Kirchoff)
1
2 3
Trong bình kín cách nhiệt có 3 vật -> Hấp thụ mạnh cũng bức xạ mạnh r(ν,T)~a(ν,T)
Định lý: Tỷ số giữa năng suất phát xạ đơn sắc vμ
hệ số hấp thụ đơn sắc của cùng một vật ở nhiệt
độ nhất định lμ một hμm chỉ phụ thuộc vμo tần
số bức xạ ν vμ nhiệt độ T mμ không phụ thuộc
vμo bản chất của vật đó
) T , ( a
) T , (
r )
T , ( a
) T , (
r )
T , ( a
) T , (
r )
T , (
f
3
3 2
2 1
1
ν
ν
= ν
ν
= ν
ν
= ν
Trang 6Hμm phân bố lμ năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối
Nếu a(ν,T)=1 thì r(ν,T)= f(ν,T) f(ν,T)
ν
νm2νm1
νm3
T1>T2>T3
f(ν,T) xây dựng bằng thực nghiệm
vật đen tuyệt đối Hệ tách phổ bức xạ
đo T
) T , ( a
) T , (
r )
T
,
(
f
ν
ν
= ν
Trang 7Xây dựng f(ν,T) bằng thực nghiệm (ngμy ẫ)
Đèn sợi đốt
thay đổi đ−ợc
điện áp
Cách tử
AS trắng
tính
λm
f(ν,T)
λ
T1
T2
T k
hc 3
I k
h 2
2
B
h c
2
e 1
h c
2 )
T , (
f
λ
ν
− λ
π
=
−
ν
πν
= ν
Trang 82 ThuyÕt l−îng tö cña Planck
2.1 Sù thÊt b¹i cña sãng ¸nh s¸ng trong viÖc gi¶i thÝch hiÖn t−îng bøc x¹ nhiÖt
Hμm ph©n bè theo thuyÕt ®iÖn tõ cæ ®iÓn cña
B =1,38.10-23J/K H»ng sè Boltzmann
∞
= ν ν
= ∫∞
0
d ) T , ( r )
T ( R
“Sù khñng ho¶ng vïng tö ngo¹i”
vμo cuèi thÕ kû 19
T
k c
2 )
T
,
(
2
πν
= ν
Trang 92.2 Thuyết lượng tử của Planck
1900 Planck đưa ra thuyết LT:
a Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ năng lượng điện từ một cách gián đoạn Phần
năng lượng phát xạ hay hấp thụ lμ bội nguyên lần của một lượng năng lượng nhỏ gọi lμ lượng
tử năng lượng hay Quantum năng lượng
b Đối với bức xạ điện từ đơn sắc tần số ν, bước sóng λ lượng tử năng lượng tương ứng bằng
λ
= ν
=
ε h h c h=6,625.10-34Js Hằng số Planck
Trang 10c Công thức hμm phân bố Planck:phát xạ đơn
sắc của vật đen tuyệt đối
2.3 Các định luật bức xạ
của vật đen tuyệt đối
a Năng suất phát xạ toμn phần
∫
∞
ν ν
=
0
d ) T , ( f )
T
(
R
T k
h x
B
ν
=
∫
∞
σ
=
π
=
−
π
=
0
4 3
2
4 4
B x
3 3
2
4 4
B
h c
T k
2 dx
1 e
x h
c
T k
2 R
4
T )
T (
σ=5,67.10-8W/m2K4 hằng số Steffan-Boltzmann
ĐL1: Năng suất phát xạ toμn phần của vật đen tuyệt đối ~ T4 của nó
I k
h 2
2
B
e 1
h c
2 )
T , (
−
ν
πν
= ν