QUANG HỌC LƯỢNG TỬ.pdf

Bi giảng Vật lý đại cơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trờng ĐH Bách khoa H nội Ch−¬ng 5 Quang häc l−îng tö 1. 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 lợng bức xạ phát ra=năng lợng thu vo bằng hấp thụ bức xạ =>Trạng thái cân bằng nhiệt động ứng với nhiệt độ xác định 1.2.Các đại lợng đặc trng dS Năng lợng 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 ữ+ d l dW p (,T) Hệ số hấp thụ đơn sắc = 0 d)T,(r)T(R Năng suất phát xạ ton phần hay độ trng của vật dW t (,T) do dS hấp thụ dW(,T) chiếu đến dS a(,T)<1 a(,T)=1 Vật đen tuyệt đối dW p (,T)=r(,T)dS.d r(,T)Năng suất phát xạ đơn sắc ứng với tần số )T,(dW )T,(dW )T,(a t = 1.3. Định lý Kirkhốp (Kirchoff) 1 2 3 Trong bình kín cách nhiệt có 3 vật -> Hấp thụ mạnh cũng bức xạ mạnh r(,T)~a(,T) Định lý: Tỷ số giữa năng suất phát xạ đơn sắc v hệ số hấp thụ đơn sắc của cùng một vật ở nhiệt độ nhất định l một hm chỉ phụ thuộc votần số bức xạ v nhiệt độ T m không phụ thuộc vo 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 = = = Hmphânbốl năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối Nếu a(,T)=1 thì r(,T)= f(,T) f(,T) m2 m1 m3 T 1 >T 2 >T 3 f(,T) xây dựng bằng thực nghiệm vật đen tuyệt đối Hệ tách phổ bức xạ đo T )T,(a )T,(r )T,(f = X©y dùng f(ν,T) b»ng thùc nghiÖm (ngμy É) §Ìn sîi ®èt thay ®æi ®−îc ®iÖn ¸p C¸ch tö AS tr¾ng Detector M¸y tÝnh λ m f(ν,T) λ T 1 T 2 Tk hc 3 Ik h 2 2 BB e1 hc2 e1 h c 2 )T,(f λ ν − λ π = − νπν =ν 2. Thuyết lợng tử của Planck 2.1. Sự thất bại của sóng ánh sáng trong việc giải thích hiện tợng bức xạ nhiệt Hm phân bố theo thuyết điện từ cổ điển của Relay v Jeans k B =1,38.10 -23 J/K Hằng số Boltzmann == 0 d)T,(r)T(R Sự khủng hoảng vùng tử ngoại vo cuối thế kỷ 19 Tk c 2 )T,(f B 2 2 = 2.2. Thuyết lợng tử của Planck 1900 Planck đa ra thuyết LT: a. Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ năng lợng điện từ một cách gián đoạn. Phần năng lợng phát xạ hay hấp thụ l bội nguyên lần của một lợng năng lợng nhỏ gọi l lợng tử năng lợng hay Quantum năng lợng b. Đối với bức xạ điện từ đơn sắc tần số , bớc sóng lợng tử năng lợng tơng ứng bằng == c hh h=6,625.10 -34 Js HằngsốPlanck c. Công thức hm 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 ton phần = 0 d)T,(f)T(R Tk h x B = = = = 0 4 32 44 B x 3 32 44 B T T5,6 hc Tk2 dx 1e x hc Tk2 R 4 T)T(R = =5,67.10 -8 W/m 2 K 4 hằng số Steffan-Boltzmann ĐL1: Năng suất phát xạ ton phần của vật đen tuyệt đối ~ T 4 của nó Ik h 2 2 B e1 h c 2 )T,(f = [...]... 1 đơn vị thời gian 3.2 Hiện tợng quang điện: Hiệu ứng bắn ra các điện tử từ một tấm kim loại khi dọi lên tấm KL đó một bức xạ điện từ thích hợp -> các điện bắn ra: Quang điện tử K Ibão ho Ibão ho *U=0, I00 U + I0 -> mv02/2 U UC *eUC = mv02/2 0 3.3 Giải thích các định luật quang điện: a Giới hạn quang điện 2 0 max mv c h = A th + 2 hc = 0 A th m0=0 khối lợng c nghỉ của photon bằng 0 Động lợng photon h h . Boltzmann == 0 d)T,(r)T(R Sự khủng hoảng vùng tử ngoại vo cuối thế kỷ 19 Tk c 2 )T,(f B 2 2 = 2.2. Thuyết lợng tử của Planck 1900 Planck đa ra thuyết LT: a. Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ năng lợng. thích các định luật quang điện: < 0 a. Giới hạn quang điện 2 mv A c h 2 max0 th += 0 th A hc = < 0 b. Dòng quang điện bão ho tỷ lệ với I ánh sáng I điện ~ số điện tử bắn ra ~ Số photon. gian 3.2. Hiện tợng quang điện: Hiệu ứng bắn ra các điện tử từ một tấm kim loại khi dọi lên tấm KL đó một bức xạ điện từ thích h ợ p -> các đi ệ nbắn ra: Q uan g đi ệ ntử + - U K *I~U ->I bão ho *U=0,