nghiên cứu chương trình lượng tử ánh sáng LOP 12

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ TIỂU LUẬN MÔN HỌC PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG GHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN PHẦN: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Giảng viên hướng dẫn: Học viên thực hiện: PGS TS Lê Công Triêm Nguyễn Thị Thanh Nga Lê Thanh Sơn Lớp LL&PPDH Vật lý – K23 Huế, tháng năm 2015 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lượng tử ánh sáng chủ yếu nghiên cứu tượng ánh sáng thể tính chất hạt, đời thuyết lượng tử ánh sáng đánh dấu bước ngoặc nhìn nhận tính chất hạt ánh sáng Đối với giáo viên, để hoàn thành nhiệm vụ dẫn dắt học sinh chiếm lĩnh tri thức, người giáo viên cần phải nghiên cứu sâu rộng kiến thức môn Vật lý Hơn nữa, người giáo viên Vật lý phải nhận kiến thức môn Vật lý, biết phân loại thành nội dung cụ thể - khái niệm, định luật, thuyết vật lý, phương pháp vật lý ứng dụng kĩ thuật, để đề phương pháp tiếp cận tri thức phù hợp cho học sinh Với lý trên, chọn đề tài “Nghiên cứu nội dung kiến thức phần Lượng tử ánh sáng” Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng NỘI DUNG KIẾN THỨC CHUNG CỦA PHẦN LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Kiến thức chung phần gồm có: tượng quang điện, định luật quang điện, thuyết lượng tử ánh sáng, mẫu nguyên tử Bo, hấp thụ ánh sáng, phát quang, sơ lược laze KIẾN THỨC CƠ BẢN 2.1 Khái niệm vật, tượng trình vật lý: - Hiện tượng quang điện - Hiện tượng hấp thụ ánh sáng - Sự phản xạ ánh sáng - Màu sắc vật - Sự phát quang - Lưỡng tính sóng – hạt ánh sáng - Laze 2.2 Định luật nguyên lý vật lý bản: - Các định luật quang điện - Định luật hấp thụ ánh sáng - Định luật Xtốc phát quang 2.3 Thuyết vật lý: - Giả thuyết lượng tử lượng Planck - Thuyết lượng tử ánh sáng Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng - Các tiên đề Bo 2.4 Ứng dụng vật lý kĩ thuật: - Quang điện trở - Pin quang điện - Kính màu - Chất huỳnh quang lân quang - Một số ứng dụng Laze NỘI DUNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN 3.1 Hiện tượng quang điện Hiện tượng quang điện tượng điện xảy chiếu sáng vật chất ánh sáng, cụ thể là: tách điện tử khỏi vật chất (gọi phát xạ điện hay tượng quang điện ngoài), xuất suất điện động (hiện tượng quang điện chỉnh lưu), thay đổi độ dẫn điện (hiện tượng quang dẫn) 3.1.1 Hiện tượng quang điện Hiện tượng quang điện hiệu ứng bắn electron từ kim loại rọi vào kim loại xạ điện từ thích H hợp Các electron bắn gọi quang e T electron P e A Hình Thí nghiệm phát hiện tượng quang điện Hình Năm 1887, Héc (Heinrich Rudolf Hertz, 18571894) nhà vật lí người Đức thực thí nghiệm: Trước tiên gắn kẽm P tích điện âm vào cần tĩnh điện kế, hai điện nghiệm xòe (sơ đồ tương tự hình vẽ 1, với P kẽm; H đèn hồ quang; A điện nghiệm; T thủy tinh không màu) Chiếu ánh sáng hồ quang vào kẽm P ban đầu tích điện âm hai điện nghiệm khép lại: kẽm điện tích âm Chắn ánh sáng hồ quang thủy tinh không màu (để hấp thụ tia tử ngoại) hai điện nghiệm không bị cụp lại: kẽm không điện tích âm Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Kết thí nghiệm cho thấy kẽm P bị điện tích âm chiếu ánh sáng hồ quang Các thí nghiệm với kim loại khác (như đồng, nhôm, bạc, niken,…) cho tượng tương tự xảy Héc cho rằng, tia tử ngoại (có bước sóng ngắn) chiếu vào kim loại làm bật êlectron khỏi kim loại Thí nghiệm Stoletov khảo sát định lượng tượng quang điện: Dụng cụ thí nghiệm hình vẽ bên, phần chủ yếu tế bào quang điện bình chân không gồm có điện cực kim loại A K Ta thiết lập A K điện trường nhờ nguồn điện E F Hiệu điện U A K thay đổi T di chuyển chạy B PQ Biến trở A K cho phép ta thay đổi độ lớn U mà Đ chiều điện trường A K Ta đo hiệu điện U vôn kế V đo điện mạch ampe kế nhạy G V Kết thí nghiệm sau: G - Khi chiếu chùm xạ điện từ thích hợp có tần số ν vào Catốt (K) tế bào quang điện mạch điện nối A K xuất dòng điện gọi dòng quang điện Điều chứng tỏ chiếu ánh sáng vào K có electron bị bật C B P Q M Hình Sơ đồ thí nghiệm - Ứng với kim loại, có bước sóng giới với tế bào quang điện hạn rõ rệt λ0 Những ánh sáng có bước sóng λ ≤ λ có khả gây tượng quang điện kim loại đó, ánh sáng có bước sóng dài λ0 khả gây tượng quang điện kim loại Bước sóng λ0 gọi giới hạn quang điện kim loại làm Catốt Dưới trị số λ0 số kim loại: Kim loại K Na Li Hg Fe Ag Au Ta λ0 (μm) 0,55 0,54 0,50 0,273 0,262 I 0,261 0,265 0,305 Ibh2 - Nghiên cứu phụ thuộc cường độ dòng quang điện I vào hiệu điện U hai cực A Ibh1 -Uh O U1 UAK Hình Đặc tuyến vôn - ampe tế bào quang điện Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng K, ta thu đường cong gọi đường đặc trưng vôn-ampe tượng quang điện U coi dương điện trường hướng từ A sang K Khi tăng U I tăng; U tăng đến giá trị I đạt tới trị số Ibh Khi đó, U có tăng I không tăng Khi U giảm đến trị số âm, dòng quang điện tồn U giảm đến giá trị Uh lúc dòng quang điện bị tắt hẳn e K Uh gọi hiệu điện hãm A + Ứng với dòng quang có công E suất khác nhau, ta đường đặc e trưng vôn-ampe riêng Tăng công suất dòng quang năng, dòng quang điện bão hòa tăng Tuy nhiên, tất đường đặc trưng von-ampe khác có chung hiệu điện hãm Uh Hình Khi UAK < - Uh, êlectron quang điện không tới anôt - Giá trị hiệu điện hãm phụ thuộc chủ yếu vào tần số (hoặc bước sóng) ánh sáng kích thích Milican nghiên cứu phụ thuộc hiệu điện hãm U h vào tần số ν ánh sáng kích thích thực nghiệm thấy với kim loại xác định, -U h hàm số bậc tần số ν: -Uh = Pν – Q (với P > Q > 0) (3.1.1) 3.1.2 Hiện tượng quang điện Bản chất tượng quang điện chiếu sáng bán dẫn hay chất điện môi, điện tử tách từ số nguyên tử đó, điện tử khác với điện tử tượng quang điện không khỏi bề mặt vật mà vật Kết tượng quang điện làm xuất điện tử lỗ trống bán dẫn, điện trở chất bán dẫn, chất điện môi giảm xuống Một số chất bán dẫn chất cách điện không bị chiếu sáng trở thành chất dẫn điện bị chiếu sáng Hiện tượng giảm mạnh điện trở chất bán dẫn bị chiếu sáng gọi tượng quang dẫn Trong tượng quang dẫn, phôton ánh sáng kích thích bị hấp thụ giải phóng electron liên kết để trở thành electron tự chuyển động khối chất bán dẫn Các electron liên kết giải phóng, để lại lỗ trống mang điện dương Những lỗ trống chuyển động tự từ nút mạng sang nút mạng khác tham gia vào trình dẫn điện Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Hiện tượng giải phóng electron liên kết chúng trở thành electron dẫn, đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện gọi tượng quang điện Vì lượng cần thiết để giải phóng electron liên kết chuyển thành electron dẫn không lớn lắm, nên để gây tượng quang dẫn, không đòi hỏi phôtôn phải có lượng lớn Rất nhiều chất quang dẫn hoạt động với ánh sáng hồng ngoại Thí dụ: CdS có giới hạn quang dẫn 0,9μm Ta hiểu giới hạn quang dẫn chất bước sóng dài ánh sáng có khả gây tượng quang dẫn chất Đây lợi tượng quang dẫn so với tượng quang điện 3.1.3 Hiện tượng quang điện chỉnh lưu Khi chiếu sáng ranh giới vật dẫn điện có độ dẫn điện khác xuất suất điện động Hiện tượng gọi tượng quang điện chỉnh lưu 3.2 Các định luật quang điện - Định luật quang điện thứ (hay định luật giới hạn quang điện): Ánh sáng có khả gây hiệu ứng quang điện bước sóng ngắn giới hạn quang điện kim loại dùng làm catốt λ < λ0 Các kim loại khác có giới hạn quang điện khác (xem bảng giá trị giới hạn quang điện λ0 số kim loại) Trừ kim loại kiềm vài kim loại kiềm thổ có giới hạn quang điện miền ánh sáng nhìn thấy, kim loại thường dùng khác có giới hạn quang điện miền tử ngoại - Định luật quang điện thứ hai (hay định luật cường độ dòng quang điện bão hòa): Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích Rõ ràng dòng quang điện đạt tới giá trị bão hòa số quang electron ánh sáng làm bắn khỏi catốt tới anốt đơn vị thời gian không đổi Vì vậy, viết: Ibh = kne với n số electron bị bứt khỏi kim loại Catốt đơn vị thời gian, k hệ số tỉ lệ Do đó, định luật phát biểu hình thức khác: Số electron bị bứt khỏi kim loại Catốt đơn vị thời gian tỉ lệ với cường độ chùm sáng tới Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng - Định luật quang điện thứ ba (hay định luật động cực đại quang electron): Sự tồn hiệu điện hãm U h chứng tỏ bật khỏi mặt kim loại, electron quang điện có vận tốc ban đầu v Điện trường cản mạnh đến mức độ electron có vận tốc ban đầu lớn v 0max không bay đến anốt Lúc dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn công điện trường cản có giá trị động ban đầu cực đại electron quang điện eU h = mv0 max e m điện tích khối lượng quang electron; v 0max vận tốc ban đầu bị bứt khỏi kim loại Từ nghiên cứu thực nghiệm giá trị Uh trình bày trên, rút định luật sau: Động ban đầu cực đại electron quang điện không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích, mà phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại dùng làm catốt 3.3 Giả thuyết lượng tử lượng Plăng Để giải thích định luật xạ nhiệt vật đen tuyệt đối, lúc đầu nhà vật lí dựa vào quan điểm vật lí học cổ điển cho nguyên tử, phân tử phát xạ hấp thụ xạ điện từ cách liên tục, đồng thời dựa vào định luật phân bố lượng theo bậc tự Kết họ tìm công thức sau xác định suất phát xạ đơn sắc ρ λ, T (là lượng đơn vị diện tích mặt vật đen tuyệt đối phát xạ có bước 2π c sóng λ theo phương đơn vị thời gian): ρ λ,T = kT (3.3.1) λ với c vận tốc ánh sáng, T nhiệt độ tuyệt đối vật, k số Bôn-dơman Công thức (3.3.1) phù hợp với thực nghiệm vùng nhiệt độ cao bước sóng dài Nhưng vùng nhiệt độ thấp bước sóng ngắn không phù hợp với thực nghiệm Cụ thể suất phát xạ toàn phần vật đen tuyệt đối tính theo công thức (3.3.1) là: ∞ ∞ 0 RT = ∫ ρ λ,T df = ∫ 2π f kTdf = ∞ (3.3.2) c2 Kết mâu thuẫn với thực nghiệm, theo thực nghiệm RT = σT4, với σ số Điều mâu thuẫn gọi khủng hoảng vùng tử ngoại Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Để giải triệt để vấn đề xạ vật đen tuyệt đối, năm 1900, Plăng (Max Planck) đề giả thuyết lượng tử lượng với nội dung sau: - Năng lượng xạ nguồn phát sáng nguyên tố phát có giá trị liên tục mà có giá trị gián đoạn đo số nguyên lần lượng lượng nguyên tố ε: E = nε PLĂNG (Max Planck, 1858-1947) - Lượng lượng nguyên tố ε gọi lượng tử lượng có biểu thức: ε = hν = hc λ với ν tần số xạ mà nguồn phát ra; h số, gọi số Planck: h = 6,625 10-34 Js Dựa vào giả thuyết này, Plăng tìm công thức xác định ρ λ, T sau: ρ λ,T = 2π hc λ5 e  hc   ÷  λkT  −1 với h số Plăng Từ Plăng tìm biểu thức R T phù hợp với thực nghiệm, đồng thời tìm công thức thực nghiệm khác xạ vật đen tuyệt đối Tuy thân Plăng nhiều nhà vật lí khác thời coi lượng thủ thuật toán học, mà không công nhận thực thể vật lí Vận dụng giả thuyết Plăng giải thích tất định luật xạ nhiệt Giả thuyết lượng tử Plăng nói đến tính chất gián đoạn lượng xạ vật đen tuyệt đối nhiều kiện thực nghiệm xác nhận Nó tiền đề thuyết vật lí mới: Thuyết lượng tử hay thuyết phôtôn 3.4 Thuyết lượng tử ánh sáng Anhxtanh ANH-XTANH Năm 1905, nhà bác học Anh-xtanh (Albert Einstein), (Albert Einstein, phát triển giả thuyết Plăng lên bước đề xuất 1879-1955) thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích tượng quang điện Thuyết lượng tử ánh sáng sau gọi thuyết phôtôn Nội dung thuyết lượng tử ánh sáng sau: Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng - Bức xạ điện từ cấu tạo vô số hạt gọi lượng tử ánh sáng hay phôtôn - Với xạ điện từ đơn sắc định, phôtôn giống mang lượng xác định ε = hν = hc λ - Trong môi trường (và chân không) phôtôn truyền với vận tốc c = 3.108m/s - Khi vật hấp thụ hay xạ điện từ có nghĩa vật hấp thụ hay phát phôtôn - Cường độ chùm xạ tỉ lệ với số phôtôn phát từ nguồn đơn vị thời gian Hệ thuyết lượng tử giải thích nhiều tượng, đặc biệt tượng quang điện tượng Compton 3.5 Giải thích định luật quang điện 3.5.1 Sự bất lực thuyết điện từ việc giải thích định luật quang điện Theo thuyết điện từ, ánh sáng chiếu vào mặt kim loại làm cho electron kim loại dao động cưỡng Biên độ dao động cưỡng phụ thuộc vào biên độ điện trường ánh sáng kích thích hiệu tần số ánh sáng tần số dao động riêng electron Nếu tăng cường độ điện trường ánh sáng tới (tức tăng công suất dòng quang tới), biên độ dao động electron tăng lên bị bắn khỏi kim loại, vận tốc ban đầu lớn lên Như vậy, theo thuyết điện từ, vận tốc ban đầu quang electron phải phụ thuộc vào công suất dòng ánh sáng tới Điều trái với thực nghiệm Mặt khác, theo thuyết điện từ, ánh sáng có bước sóng dài hay ngắn sao, có công suất đủ lớn gây tượng quang điện Cuối cùng, theo thuyết sóng, lượng phân bố cách liên tục toàn mặt sóng Mỗi electron nhận phần nhỏ lượng mà sóng ánh sáng mang tới Do đó, cần phải có thời gian định (khoảng vài phút) electron thu đủ lượng để thoát khỏi kim loại Điều mâu thuẫn với thực nghiệm 10 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng mặt vật mặt nhám) Khi phổ ánh sáng tán xạ phụ thuộc phổ ánh sáng tới tính chất quang học bề mặt tán xạ 3.14 Màu sắc vật Nếu chất có hệ số hấp thụ nhỏ với xạ khả kiến ví dụ không khí hay thủy tinh, vật màu sắc Ngược lại, vật hấp thụ hoàn toàn ánh sáng thấy vật có màu đen Màu sắc dung dịch màu kính lọc sắc giải thích hấp thụ lọc lựa Ví dụ kính lọc sắc đỏ hấp thụ ánh sáng đỏ màu da cam đồng thời lại hấp thụ xạ thấy lại Trong trường hợp phản xạ, màu sắc vật phản xạ ánh sáng giải thích phản xạ chọn lọc ánh sáng bề mặt chúng Lưu ý: màu sắc vật không phụ thuộc vào tính chất quang học bề mặt (thí dụ màu sơn quét nó) mà phụ thuộc vào thành phần quang phổ ánh sáng tới, vật quét sơn đỏ có màu đen chiếu ánh sáng màu lục Khi ánh sáng chiếu vào vật, bị vật phản xạ, hấp thụ, cho qua Khi vật phản xạ có bước sóng khác chiếu vào nó, theo hướng phản xạ nhìn thấy vật có màu trắng, chẳng hạn vải trắng, giấy trắng, tường vôi (hoặc sơn) trắng Còn vật hấp thụ tất ánh sáng có bước sóng khác chiếu tới, theo hướng phản xạ truyền qua, nhìn thấy vật có màu đen, chẳng hạn vải đen Nếu vật hấp thụ đa số xạ quang phổ ánh sáng trắng, có màu xám Phần lớn vật thể có màu sắc vật cấu tạo từ vật liệu xác định vật hấp thụ số bước sóng ánh sáng phản xạ, tán xạ bước sóng khác 3.15 Sự phát quang 3.15.1 Hiện tượng phát quang Một vật phát sáng nhiều nguyên nhân Tuy nhiên, xét trao đổi lượng vật phát sáng môi trường chung quanh mà không sâu vào chế vi mô phát sáng, mô tả chung phát sáng vật sau: vật hấp thụ lượng dạng đó, tích tụ biến Ánh sáng màu lục hóa nó, phát xạ điện từ Ví dụ: Nếu chiếu chùm ánh sáng tử ngoại vào ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin (chất diệp lục) dung dịch phát ánh sáng màu lục (hình bên) Ở đây, ánh sáng tử ngoại Ánh sáng tử ngoại Hình 23 27 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng ánh sáng kích thích, ánh sáng màu lục fluorexêin phát ánh sáng phát quang Nhìn chung, giai đoạn giai đoạn cuối hình thức phát sáng giống nhau: nguyên tử phân tử vật hấp thụ lượng, xạ điện từ nguyên tử phân tử phát Các hình thức phát sáng khác khâu trung gian Sự phản xạ tán xạ ánh sáng tượng phát sáng Các nguyên tử phân tử vật hấp thụ ánh sáng tới phát ánh sáng phản xạ (hoặc tán xạ) Ở đây, thời gian ngăn cách lúc hấp thụ lúc phát sáng ngắn (ngắn chu kì dao động sáng 10 -15 giây) Ánh sáng phản xạ có bước sóng với ánh sáng mà nguyên tử hấp thụ Sự xạ nhiệt phát sáng Ở đây, khâu phân bố lại lượng hấp thụ nguyên tử phân tử vật phát xạ đóng vai trò quan trọng Vì phân bố lượng tuân theo quy luật thống kê cân nên xạ nhiệt vật giống nhau, phụ thuộc nhiệt độ mà không phụ thuộc cấu trúc phân tử nguyên tử vật phát xạ Ngoài tượng phản xạ, tán xạ, xạ nhiệt, có tượng phát sáng khác như: phát sáng đom đóm, mẩu phôtpho bị ôxi hóa, phát sáng đèn ống, hai đá cuội ghè chúng vào Các tượng gọi chung phát quang Đặc điểm phát quang khâu trung gian, lượng hấp thụ tích lũy lại, biến đổi, phân bố lại lượng theo quy luật thống kê cân Chẳng hạn đom đóm phát ánh sáng màu xanh sao, nhiệt độ đom đóm thấp so với nhiệt độ Vì vậy, Vavilov đưa định nghĩa phát quang sau: Sự phát quang vật phát ánh sáng (sóng điện từ) xạ nhiệt vật phát thời gian vật phát sáng phải lớn hẳn chu kì dao động sáng (10-15giây) Cơ chế phát quang: Khi tâm phát quang A (một nguyên tử lai đưa vào mạng tinh thể) hấp thụ phôtôn ánh sáng kích thích hfkt electron tâm giải phóng để thành electron dẫn (hình 24) Nó chuyển từ mức lượng vùng cấm lên vùng dẫn Electron lượng dư thừa để chuyển xuống đáy vùng dẫn Nó lang thang mạng tinh thể với lượng đáy vùng dẫn, lại bị rơi vào bẫy electron (B, C…) lưu trú thời gian Các bẫy hình thành cách tự phát khuyết tật mạng hay 28 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng nguyên tử khí chui vào mạng trình nung tinh thể mà khống chế Nhờ chuyển động nhiệt mạng mà electron lại giải phóng khỏi bẫy Cứ thế, electron gặp tâm phát quang D khác bị trống (tức có electron hfkt hfpq khỏi tâm, để lại lỗ trống) Electron tái D A hợp với lỗ trống để phát phôtôn ánh sáng phát quang hfpq Hình 24 Sự phát quang có nhiều đặc điểm khác biệt với tượng phát ánh sáng khác, số phải kể đến đặc điểm quan trọng: - Một là, xạ phát quang xạ riêng vật: chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho - Hai là, sau ngừng kích thích, phát quang số chất tiếp tục kéo dài thêm khoảng thời gian đó, ngừng hẳn Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích lúc ngừng phát quang gọi thời gian phát quang Tùy theo chất phát quang mà thời gian phát quang kéo dài từ 10 10 s đến nhiều ngày 3.15.2 Định luật Xtốc (Stokes) phát quang Vì phôtôn phát quang hν’ có lượng nhỏ phôtôn hấp thụ hν (hν’≤ hν), nên dẫn đến hệ sau: ν’ ≤ ν hay λ’ ≥ λ Định luật Xtốc: Ánh sáng phát quang có bước sóng dài bước sóng ánh sáng hấp thụ Thông thường, chất phát quang kích thích ánh sáng tử ngoại chúng phát ánh sáng vùng nhìn thấy Định luật Xtốc định luật chặt chẽ Nếu tâm phát quang lượng kích thích đồng thời nhận thêm lượng nhiệt phát phôtôn có lượng lớn lượng phôtôn kích thích: hν’ > hν hay λ’< λ Hiện tượng quan sát thực tế, nhiên khó xảy tượng phát quang tuân theo định luật Xtốc 3.15.3 Phân loại tượng phát quang 29 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Có thể phân loại tượng phát quang theo thời gian kéo dài phát quang (huỳnh quang, lân quang) theo chế kích thích phát quang (quang - phát quang, điện – phát quang, hóa – phát quang, phát quang catốt ) 3.15.3.1 Phân loại theo thời gian kéo dài phát quang, có dạng phát quang: - Huỳnh quang phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10 -8s) Nghĩa ánh sáng phát quang tắt sau tắt ánh sáng kích thích Nó thường xảy với chất lỏng chất khí Chất lỏng fluorexein chiếu sáng tia tử ngoại phát ánh sáng màu lục ngừng phát sáng nhanh sau ngừng chiếu sáng Hình 25: Sự phát quang - Lân quang phát quang có thời gian phát quang dài (10-6s trở lên) Nó thường xảy với chất rắn Tinh thể kẽm sunfua chiếu sáng tia tử ngoại tia Rơn-ghen, thấy phát ánh sáng nhìn thấy Các loại sơn xanh, đỏ, vàng… quét số biển báo giao thông đầu cọc giới đường chất lân quang có thời gian kéo dài khoảng vài phần mười giây Các phân tử chất lân quang hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa lượng phôtôn thành lượng êlectron số trạng thái lượng tử có mức lượng cao bền phân tử để sau êlectron chậm chạp rơi trạng thái lượng tử mức lượng thấp hơn, giải phóng phần lượng trở lại dạng phôtôn Lân quang khác với huỳnh quang chỗ việc êlectron trở trạng thái cũ, kèm theo nhả phôtôn chậm chạp Trong huỳnh quang, rơi trạng thái cũ êlectron gần tức thì; khiến phôtôn giải phóng Các chất lân quang, đó, hoạt động dự trữ ánh sáng: thu nhận ánh sáng chậm chạp nhả ánh sáng sau Sở dĩ có trở trạng thái cũ chậm chạp êlectron số trạng thái kích thích bền: chuyển hóa từ trạng thái trạng thái bị cấm số quy tắc lượng tử Việc xảy trở trạng thái thực dao động nhiệt đẩy êlectron sang trạng thái không 30 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng bền gần đó, để từ rơi trạng thái Điều khiến tượng lân quang phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ lạnh trạng thái kích thích bảo tồn lâu Đa số chất lân quang có thời gian tồn trạng thái kích thích vào cỡ miligiây Tuy nhiên thời gian số chất lên tới vài phút chí vài Hình 26: Ánh sáng lân quang 3.15.3.2 Phân loại theo chế kích thích phát quang, có dạng phát quang sau: + Quang phát quang: kích thích chất phát quang cách chiếu vào ánh sáng có bước sóng ngắn (tia tử ngoại, tia X, ), chất phát ánh sáng vùng nhìn thấy Hiện tượng gọi quang phát quang Thí dụ: chiếu tia tử ngoại vào dung dịch hữu rôđamin phát ánh sáng màu da cam; chiếu ánh sáng vào đung dịch fluôrixêin phát ánh sáng màu lục + Sự phát quang âm cực: Nếu kích thích chất phát quang cách bắn vào chùm electron chúng phát ánh sáng nhìn thấy Đó tượng phát quang âm cực Hiện tượng ứng dụng ảnh vô tuyến truyền hình, đa, dao động kí dùng tia âm cực Màn ảnh vô tuyến truyền hình thường lớp bột sunfua kép cađimi kẽm Nó phát quang màu trắng xanh tác dụng chùm tia âm cực + Điện phát quang: Đặt chất phát quang điện trường, điện trường tăng tốc electron chứa chất phát quang Các electron kích thích phát quang chất Hiện tượng gọi điện phát quang Điện phát quang có triển vọng ứng dụng rộng rãi khoa học kĩ thuật + Hóa phát quang: Các chất phát quang bị kích thích lượng lấy từ phản ứng hóa học Đó tượng hóa phát quang Sự ỗi hóa 31 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng phôtpho không khí, phát quang đom đóm vi sinh vật thuộc vào dạng phát quang Ngoài ra, có vật phát quang bị va chạm mạnh (đập, nghiền, tán) Thí dụ: đập hai đá sỏi vào nhau, bóp mạnh cục muối tối thấy chúng lóe sáng 3.15.4 Các ứng dụng tượng phát quang + Đèn ống (đèn huỳnh quang): Đèn ống thủy tinh dài bịt kín, hai đầu có hai sợi dây tóc nung đỏ dùng làm nguồn phát electron Trong ống chứa thủy ngân áp suất thấp.Ở thành ống có bôi lớp bột chất phát quang Trong đèn ống có trình biến đổi lượng liên tiếp Đầu tiên, phóng điện qua thủy ngân áp suất thấp nên thủy ngân phát ánh sáng tử ngoại Trong trình này, phần điện biến thành lượng ánh sáng tử ngoại Sau đó, ánh sáng tử ngoại bị lớp bột phát quang hấp thụ để phát ánh sáng nhìn thấy Đèn ống mắc vào mạch điện, stắcte cuộn chấn lưu làm nhiệm vụ khởi động cho đèn Hiệu suất đèn ống lớn gấp 2, lần đèn có dây tóc nung đỏ Ngoài ra, thay đổi thành phần chất phát quang để thay đổi màu sắc (quang phổ) ánh sáng đèn phát Hơn nữa, diện tích phát sáng đèn rộng (không tập trung vào dây tóc) nên đèn không chói Do đó, đèn ống có tính ưu việt hẳn đèn có dây tóc nung đỏ + Các chất bột phát quang dùng để chế tạo ảnh đa, vô tuyến truyền hình + Một ứng dụng quan trọng tượng phát quang phép phân tích phát quang Đó phương pháp nhận biết có mặt chất hay chất khác hỗn hợp phức tạp dựa vào ánh sáng phát quang chúng Phép phân tích phát quang ứng dụng, chẳng hạn, để phân tích thành phần dầu hỏa, để phân tích quặng uran quặng số nguyên tố hiếm, để phân loại thủy tinh, để phân loại nguyên liệu cao su, để kiểm tra phẩm chất số vitamin, đồ hộp, rau tươi, sữa + Ngoài ra, tượng phát quang dùng để dò tìm chỗ nứt bề mặt vật đúc, để tìm dấu vết sinh vật (trong ngành khảo cổ) dấu tay người (trong ngành công an) 32 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Hình 27: Sự phát quang đèn led 3.16 Sơ lược Laze INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/10/Helium-Neon_Laser.jpg/608px-Helium-Neon_Laser.jpg" \* MERGEFORMATINET Laser He-Ne Hình 28 3.16.1 Laze gì? Laze từ phiên âm tiếng Anh LASER Thuật ngữ LASER ghép chữ đứng đầu cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Chúng có nghĩa "Sự khuếch đại ánh sáng phát xạ cảm ứng" Êlectron tồn mức lượng riêng biệt nguyên tử Các mức lượng hiểu tương ứng với quỹ đạo riêng biệt êlectron xung quanh hạt nhân Êlectron bên có mức lượng cao êlectron phía Khi có tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, hạt êlectron nhảy từ mức lượng thấp lên mức lượng cao hay ngược lại Năm 1917, nghiên cứu lí thuyết phát xạ, Anh-xtanh chứng minh rằng: tượng phát xạ tự phát có tượng phát xạ mà ông gọi phát xạ cảm ứng Hiện tượng tượng sau: Hình 29 33 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Nếu nguyên tử trạng thái kích thích, sẵn sàng phát phôtôn có lượng ε = hf, bắt gặp phôtôn có lượng ε’ hf, bay lướt qua nó, nguyên tử phát phôtôn ε Phôtôn ε có lượng bay phương với phôtôn ε’ Ngoài ra, sóng điện từ ứng với phôtôn ε hoàn toàn pha với sóng điện từ ứng với phôtôn ε’ Hai sóng điện từ ứng với hai phôtôn ε ε’ hai sóng kết hợp Nhờ tạo chùm sáng song song có cường độ mạnh gồm phôtôn kết hợp 3.16.2 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động laze - Phát xạ tự phát phát xạ kích thích Theo thuyết phôtôn, nguyên tử trạng thái có lượng E hấp thụ phôtôn có lượng hf = E – E1, chuyển lên trạng thái kích thích có lượng E2 Nguyên tử trạng thái E2 chuyển trạng thái E1 theo hai trình sau: E2 + Nguyên tử tự động chuyển trạng thái E1 sau khoảng thời gian ngắn Phôtôn phát xạ tự (chừng 10-8s) phát phôtôn có phát hf lượng hf = E2 – E1 Quá trình gọi phát xạ tự phát E1 Hình 30 Các xạ tự phát nguyên tử khác phát xạ không kết hợp (hình30) E2 + Nguyên tử trạng thái kích thích có lượng E2 chịu tác động Phôtôn tới hf Phôtôn tới + phôtôn bên (điện từ trường ngoài) Phôtôn phát xạ có lượng hf = E2 – E1, bị kích thích hf kích thích chuyển trạng thái E1, đồng thời phát E1 phôtôn có lượng hf = E – E1 Quá Hình 31 trình gọi phát xạ kích thích (còn gọi phát xạ cảm ứng hay phát xạ cưỡng bức) (hình 31) Các xạ kích thích nguyên tử phát xạ kết hợp pha - Môi trường hoạt tính Trong điều kiện bình thường, số nguyên tử mức cao (ở trạng thái kích thích) có mật độ mức thấp Thế nhưng, điều kiện đặc biệt, xảy đảo mật độ, nghĩa mức lại chứa nhiều nguyên tử mức Để đạt đảo mật độ dùng cách “bơm” quang học để đẩy nhiều nguyên tử lên mức cách dùng ánh sáng có tần số thích hợp Môi trường có đảo mật độ gọi môi trường hoạt tính 34 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng • •• • • E3 • • • • E2 • • • • • • • E1 Hình 33 35 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Môi trường hoạt tính Hình 32 Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo laze 1) môi trường hoạt tính 2) lượng bơm vào vùng bị kích thích 3) gương phản xạ toàn phần 4) gương bán mạ 5) tia laze có đặc điểm sau đây: Một phôtôn có tần số f thỏa mãn điều kiện hf = E2 – E1 gây xạ kích thích Kết có hai phôtôn kết hợp có tần số f (phôtôn ban đầu phôtôn phát xạ cảm ứng); hai phôtôn lại gây xạ kích thích, sinh bốn phôtôn kết hợp…(hình 33) Vì mật độ nguyên tử mức E2 lớn nên, thời gian ngắn, có nhiều nguyên tử chuyển xuống mức E1, đó, số phôtôn kết hợp tạo lớn Kết chùm sáng không bị môi trường hấp thụ, mà trái lại khuếch đại lên - Hộp cộng hưởng quang học Sự khuếch đại lại nhân lên làm cho phôtôn kết hợp lại nhiều lần môi trường, cách bố trí hai gương song song hai đầu, có gương bán mạ (cho khoảng 50% cường độ chùm sáng tới truyền qua nó), hình thành hộp cộng hưởng, tạo chùm phôtôn mạnh pha (khoảng cách hai gương phải thỏa mãn điều kiện cộng hưởng quang học) Sau phản xạ số lần lên hai gương, phần lớn phôtôn qua gương bán mạ tạo thành tia laze Đó nguyên tắc cấu tạo hoạt động tia laze Một số hình ảnh nguyên tắc cấu tạo hoạt động laze: 36 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Sơ đồ thiết bị tạo tia laser hồng ngọc Photon giải phóng Electron nhẩy lền tầng lượng cao Photon bị phản xạ lại Hình thành tia Laser Hình 34 3.16.3 Tính chất laze - Ánh sáng laze có độ đơn sắc cao: - Ánh sáng laze có độ kết hợp cao: - Ánh sáng laze có tính định hướng cao: - Ánh sáng laze làm hội tụ với độ tụ cao: 3.16.4 Các loại laze - Laze khí: • He-Ne: hoạt chất khí Heli Neon, có bước sóng 632,8nm thuộc phổ ánh sáng đỏ vùng nhìn thấy, công suất nhỏ từ đến vài chục mW • Argon: hoạt chất khí argon, bước sóng 488 514,5nm • CO2 : bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ tới megawatt (MW) Trong y học ứng dụng làm dao mổ - Laze rắn: Có khoảng 200 chất rắn có khả dùng làm môi trường hoạt chất laser Một số loại laser chất rắn thông dụng như: 37 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng • YAG-Neodym: hoạt chất Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại gần Có thể phát liên tục tới 100W phát xung với tần số 1000-10000Hz • Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất tinh thể Alluminium có gắn ion chrom, có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ ánh sáng trắng • Bán dẫn: loại thông dụng diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc phổ hồng ngoại gần - Laze lỏng: Môi trường hoạt chất chất lỏng, thông dụng laser màu 3.16.5 Ứng dụng laze Laze ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực - Trong y học, laze dùng để điều trị bệnh da liễu Vào thời điểm phát minh năm 1960, laze gọi "giải pháp để tìm kiếm ứng dụng" Từ đó, chúng trở nên phổ biến, tìm thấy hàng ngàn tiện ích ứng dụng khác lĩnh vực xã hội đại phẫu thuật mắt, hướng dẫn phương tiện tàu không gian, phản ứng hợp hạt nhân Laze cho phát minh ảnh hưởng kỉ 20 - Trong khoa học, công nghiệp, tia laze có tính đồng pha, đồng màu cao, khả đạt cường độ sáng Hình 35 Laser ứng dụng điều trị bệnh da liễu cao, hay hợp yếu tố Ví dụ, đồng pha tia laze cho phép hội tụ điểm có kích thước nhỏ cho phép giới hạn nhiễu xạ, rộng vài nanômét laze dùng ánh sáng Tính chất cho phép laze lưu trữ vài gigabyte thông tin rãnh DVD Cũng điều kiện cho phép laze với công suất nhỏ tập trung cường độ sáng cao dùng để cắt, đốt làm bốc vật liệu kỹ thuật cắt laze Tia sáng laze với cường độ cao cắt thép kim loại khác Tia từ laze thường có độ phân kì nhỏ, (độ chuẩn trực cao) Độ chuẩn trực tuyệt đối tạo ra, giới hạn nhiễu xạ Tuy nhiên, tia laze có độ phân kỳ nhỏ so với nguồn sáng Một tia laze tạo từ laze He-Ne, chiếu từ Trái Đất lên Mặt Trăng, tạo nên hình tròn đường kính khoảng dặm (1,6 kilômét) Một vài laze, đặc biệt với laze bán dẫn, có với kích thước nhỏ dẫn đến hiệu ứng nhiễu xạ mạnh với độ phân kỳ cao Tuy nhiên, tia phân kỳ chuyển đổi tia chuẩn trục thấu kính hội tụ Trái lại, ánh sáng từ laze làm cho chuẩn trực thiết bị quang học dễ dàng, chiều dài đồng pha ngắn nhiều tia laze Định luật nhiễu xạ không áp dụng laze truyền thiết bị dẫn sóng 38 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng sợi thủy tinh Laze cường độ cao tạo nên hiệu ứng thú vị quang học phi tuyến tính - Trong thông tin liên lạc vô tuyến: vô tuyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ, liên lạc vệ tinh… Hình 36 - Trong trắc địa, laze dùng công việc đo khoảng cách, tam giác đạc, ngắm đường thẳng… Ngoài ra, laze ứng dụng để chế tạo máy in laze, dùng để trang trí Hình 37 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động máy in laze 39 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Hình 38: Laze dùng để trang trí KẾT LUẬN Qua nghiên cứu nội dung kiến thức phần Lượng tử ánh sáng, đạt kết sau đây: - Hệ thống kiến thức phần Lượng tử ánh sáng - Nghiên cứu sâu sắc kiến thức phần Lượng tử ánh sáng Đồng thời, trình làm nghên cứu, hiểu sâu sắc kiến thức phần này, biết thêm nhiều ứng dụng kỹ thuật, đời sống sản xuất Điều góp phần nâng cao hiệu dạy học Vật lý trường phổ thông Trong trình nghiên cứu, cố gắng tìm hiểu, học hỏi nghiên cứu nhiều tài liệu liên quan đến đề tài, thời gian có hạn vốn kiến thức hạn hẹp nên tiểu luận không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn để tiểu luận hoàn thiện 40 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vật lý 12 nâng cao, NXBGD (2008) Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vật lý 12 nâng cao – Sách giáo viên, NXBGD (2008) Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vật lý 12, NXBGD (2008) Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vật lý 12 – Sách giáo viên, NXBGD (2008) Lê Công Triêm – Lê Thúc Tuấn, Bài giảng phân tích chương trình vật lý trung học phổ thông, Đại học Sư phạm Huế (2004) 41 [...]... bị tán xạ mạnh; do đó, ánh sáng tán xạ có màu lam nhạt + Nếu ánh sáng tới là ánh sáng tự nhiên thì ánh sáng tán xạ theo phương θ (so với phương ánh sáng tới) là ánh sáng phân cực có cường độ: I0 = Iπ/2(1+cos2θ) với Iπ/2 là cường độ ánh sáng tán xạ theo phương θ= 0,5π Ngoài ra, với θ < 0,5π ánh sáng tán xạ là ánh sáng phân cực một phần; còn với θ >0,5π ánh sáng tán xạ là ánh sáng phân cực hoàn toàn... phát sáng Các nguyên tử và phân tử của vật hấp thụ ánh sáng tới và ngay lập tức phát ra ánh sáng phản xạ (hoặc tán xạ) Ở đây, thời gian ngăn cách giữa lúc hấp thụ và lúc phát sáng rất ngắn (ngắn hơn chu kì dao động sáng 10 -15 giây) Ánh sáng phản xạ có cùng bước sóng với ánh sáng mà nguyên tử hấp thụ Sự bức xạ nhiệt cũng là một sự phát sáng Ở đây, khâu phân bố lại năng lượng hấp thụ giữa các nguyên tử. .. mô của sự phát sáng, thì có thể mô tả chung sự phát sáng của vật như sau: vật hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó, tích tụ và biến Ánh sáng màu lục hóa nó, rồi phát ra những bức xạ điện từ Ví dụ: Nếu chiếu một chùm ánh sáng tử ngoại vào một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin (chất diệp lục) thì dung dịch này sẽ phát ra ánh sáng màu lục (hình bên) Ở đây, ánh sáng tử ngoại Ánh sáng tử ngoại Hình... th«ng là ánh sáng kích thích, còn ánh sáng màu lục do fluorexêin phát ra là ánh sáng phát quang Nhìn chung, giai đoạn đầu tiên và giai đoạn cuối cùng của mọi hình thức phát sáng đều giống nhau: các nguyên tử và phân tử của vật hấp thụ năng lượng, các bức xạ điện từ cũng do các nguyên tử và phân tử phát ra Các hình thức phát sáng chỉ khác nhau ở khâu trung gian Sự phản xạ và sự tán xạ ánh sáng là một... lớp bột chất phát quang Trong các đèn ống có 2 quá trình biến đổi năng lượng liên tiếp Đầu tiên, do sự phóng điện qua hơi thủy ngân ở áp suất thấp nên hơi thủy ngân phát ra ánh sáng tử ngoại Trong quá trình này, một phần điện năng đã biến thành năng lượng của ánh sáng tử ngoại Sau đó, ánh sáng tử ngoại bị lớp bột phát quang hấp thụ để rồi phát ra ánh sáng nhìn thấy được Đèn ống được mắc vào mạch điện,... thụ ánh sáng màu Ánh đỏ, nhưng hấp thụ mạnh ánh sáng màu sáng Tia đỏ xanh, màu tím và hầu hết các bức xạ trắng còn lại của ánh sáng trắng Nếu chiếu ánh sáng trắng vào kính lọc sắc đỏ, thì nó chỉ cho các tia đỏ truyền qua, các Hình 22 bức xạ còn lại bị nó hấp thụ gần như Kính đỏ hoàn toàn (hình bên) Kết quả là nhìn thấy kính lọc sắc có màu đỏ Nếu chiếu vào tấm kính đỏ ánh sáng màu tím chẳng hạn, ánh sáng. .. ánh sáng 3.10.1 Hiện tượng hấp thụ ánh sáng Khi ánh sáng truyền qua một môi trường vật chất bất kì thì cường độ chùm sáng bị giảm, một phần năng lượng ánh sáng sẽ bị tiêu hao thành các dạng năng lượng khác, một phần lớn biến thành năng lượng nhiệt làm nóng môi trường lên Đó là hiện tượng hấp thụ ánh sáng 21 Ph©n tÝch ch¬ng tr×nh VËt lÝ phæ th«ng Nếu chiếu chùm ánh sáng trắng có cường độ mạnh vào bể... kính có màu "đen" 3 12 Sự tán xạ ánh sáng trong môi trường - Trong nhiều trường hợp, khi một chùm sáng truyền qua một môi trường trong suốt, ngoài hiện tượng hấp thụ ánh sáng, ta còn quan sát thấy hiện tượng là: không những có thể nhìn thấy ánh sáng theo phương truyền của chùm sáng đó, mà còn nhìn thấy ánh sáng theo các phương khác nữa Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng tán xạ ánh sáng - Thực nghiệm... xảy ra sự tán xạ ánh sáng, được gọi là tán xạ Tin-đan, tuân theo định luật tán xạ Tinđan sau đây: + Cường độ ánh sáng tán xạ tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bước sóng: I = bI 0 λ4 với I0 là cường độ ánh sáng tới; b là một hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào nồng độ và đặc biệt là phụ thuộc vào kích thước của các hạt nhỏ lơ lửng trong môi trường Nếu ánh sáng tới là ánh sáng trắng thì ánh sáng có bước sóng... cường độ tương đối I/I0 của chùm sáng đi qua mẫu nghiên cứu: I = I 0 e −α l 3.10.3 Hệ số hấp thụ Khi nghiên cứu sự hấp thụ ánh sáng bởi dung dịch, thực nghiệm chứng tỏ rằng khi hòa tan chất hấp thụ trong dung môi trong suốt không hấp thụ ánh sáng thì hệ số hấp thụ bởi dung dịch tỉ lệ với nồng độ C của chất hòa tan, nghĩa là: α = kC; trong đó k là hệ số hấp thụ ánh sáng đối với một đơn vị nồng độ của ... đen tuyệt đối nhiều kiện thực nghiệm xác nhận Nó tiền đề thuyết vật lí mới: Thuyết lượng tử hay thuyết phôtôn 3.4 Thuyết lượng tử ánh sáng Anhxtanh ANH- XTANH Năm 1905, nhà bác học Anh- xtanh (Albert... định luật bảo toàn lượng, viết: hν = A + mv02max Công thức gọi công thức Anhxtanh tượng quang điện Từ công thức Anhxtanh, nhận thấy: - Động vận tốc ban đầu quang electron phụ thuộc tần số ánh... lí người Anh, giải Nôben năm 1908) xây dựng mẫu nguyên tử, gọi mẫu hành tinh nguyên tử, có nội dung Hình 12 Mẫu nguyên tử hành sau: Ở tâm nguyên tử có hạt nhân mang điện dương, xung quanh hạt