Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 9 GV nguyễn như xuân

Chương 9: QUANG LƯỢNG TỬ IV – Thuyết photon của Einstein III – Thuyết lượng tử của Planck II – Các định luật về bức xạ nhiệt I – Các khái niệm và đại lượng cơ bản về bức xạ nhiệt V

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƯ

BỘ MÔN VẬT LÝ NGUYỄN NHƯ XUÂN

VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2

Chương 9: QUANG LƯỢNG TỬ

IV – Thuyết photon của Einstein

III – Thuyết lượng tử của Planck

II – Các định luật về bức xạ nhiệt

I – Các khái niệm và đại lượng cơ bản về

bức xạ nhiệt

V – Hiệu ứng Compton

2 – Năng suất phát xạ:

,T

dW ( , T) r

• Năng suất phát xạ toàn phần:

r (,T): Năng suất phát xạ đơn sắc ( W/m 2 )

dW P (,T): Năng thông bức xạ tần số  phát ra

từ diện tích dS (năng lƣợng phát ra từ dS trong một giây)

R T : năng suất phát xạ toàn phần (W/m 2 )

I – CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN

Ý nghĩa của năng suất phát xạ:

 Năng suất phát xạ đơn sắc: cho biết năng lượng

do một đơn vị diện tích mặt ngòai của vật phát

ra trong một đơn vị thời gian, ở nhiệt độ T, ứng với bước sóng .

 Năng suất phát xạ toàn phần: cho biết năng lượng do một đơn vị diện tích mặt ngòai của vật phát ra trong một đơn vị thời gian, ở nhiệt độ T, ứng với mọi bước sóng

csphatxa P R

dientich S

I – CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

3 – Hệ số hấp thụ đơn sắc:

t

dW ( , T) a( , T)

dW( , T)





dW(,T) : năng thông gởi tới diện tích dS

dW t (,T) : năng thông do dS hấp thu

Khảo sát năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối bằng thực nghiệm:

Kết quả - Nhận xét:

 Năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ khác nhau thì khác nhau và tăng

nhanh khi nhiệt độ tăng

 Năng suất phát xạ của vật đen tuyệt đối phân bố không đồng đều theo bước sóng

II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆT

2 – Định luật Stefan – Boltzmann:

 Năng suất phát x toàn phần của vật đen tuyệt đối tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối của vật đó

4 T

với  = 5,67.10 – 8 W/m 2 K 4 gọi là hằng số Stefan - Boltzmann

Mở rộng: Nếu không phải vật đen tuyệt đối thì:

R T = T 4

II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆT

3 – Định luật Wien

 Bước sóng m ứng với cực đại

của năng suất phát xạ đơn sắc

của vật đen tuyệt đối tỉ lệ nghịch

b T

4 – Công thức Rayleigh - Jeans

2 2

Đường cong thực nghiệm

Đường cong thực lý thuyết Rayleigh - Jeans

II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆT

1 –Những cơ sở của thuyết lƣợng tử:

 Kết quả khảo sát thực nghiệm về bức xạ của vật đen tuyệt đối đã có, đã rút ra đƣợc các định luật, nhƣng chƣa có lời giải thích thỏa đáng

 Đặt vấn đề:

 Dạng hàm f(,T) nhƣ thế nào để phù hợp với thực nghiệm?

 Tại sao quan điểm của Vật lý cổ điển về tính liên tục của sự hấp thu hay phát xạ sóng điện từ và định luật phân bố đều năng lƣợng theo các bậc tự do lại mâu thuẫn với thực nghiệm?

III – THUYẾT LƢỢNG TỬ CỦA PLANCK

2 – Nội dung của thuyết lượng tử:

 Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thu năng lượng của bức xạ điện từ một cách gián đọan: phần NL phát xạ hay hấp thu luôn là bội số nguyên của một NL nhỏ xác định gọi là lượng tử NL hay quantum NL

 Đối với một bức xạ điện từ đơn sắc, tần số , bước sóng

Trong đó: h = 6,625.10 – 34 (J.s), gọi là hằng số Planck

c = 3.10 8 (m/s) là vận tốc sóng điện từ trong chân không

III – THUYẾT LƯỢNG TỬ CỦA PLANCK

3 – Các hệ quả của thuyết lƣợng tử:

 Công thức Rayleigh-Jeans: là trường

hợp riêng của công thức Planck ở miền

tần số thấp

2

h 2

 Kết quả khảo sát thực nghiệm về hiện tƣợng quang điện đã có, đã rút ra đƣợc các định luật, nhƣng không thể giải thích bằng thuyết sóng

 Thuyết lƣợng tử Planck, chỉ nêu lên sự gián đoạn của năng lƣợng, chƣa nêu đƣợc bản chất gián đoạn của bức xạ điện từ

 Cần phải có lí thuyết hoàn hảo hơn

1 –Những cơ sở của thuyết photon:

IV – THUYẾT PHOTON CỦA EINSTEIN

2 – Nội dung của thuyết photon:

 Bức xạ điện từ gồm vô số các hạt gọi là lượng tử ánh sáng hay photon

 Với mỗi bức xạ điện từ đơn sắc nhất định, các photon đều giống nhau và mang một năng lượng xác định:

 Trong mọi môi trường, các photon truyền đi với vận tốc c =

3 – Các hệ quả của thuyết photon:

 Giải thích hoàn hảo các định luật quang điện (tự đọc)

Hiệu  = ’ -  chỉ phụ thuộc vào góc

tán xạ  mà không phụ thuộc vào bước

sóng của tia X hay chất tán xạ:

3 – Giải thích:

 Hiệu ứng Compton là kết quả va chạm

đàn hồi giữa một photon tia X với

electron của nguyên tử chất tán xạ

C 0

ÔN TẬP

+ Các bài tập tối thiểu yêu cầu sinh viên ôn tập:

+ Phần lý thuyết: Định luật Kirrchoff về năng suất bức xạ vật đen

tuyệt đối Các nội dung thuyết lượng tử Planck Nội dung thuyết photon Anhxtanh Các định luật quang điện và giải thích bằng thuyết photon Tán xạ Compton: Công thức và giải thích định tính

4.1 – 4.6, 4.8, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.27, 4.31, 4.32, 4.33, 4.39, 4.41, 4.50, 4.51, 4.52, 4.53, 4.54