Đang tải... (xem toàn văn)
Tỷ số giữa năng suất phát xạ đơn sắc và hệ số hấp thụ đơn sắc của cùng một vật ở một nhiệt độ nhất định là một hàm chỉ phụ thuộc vào tần số bức xạ và nhiệt độ mà không phụ thuộc vào bả[r]
(1)TS Ngô Văn Thanh,
Viện Vật lý.
(2)Chương 7: Quang học lượng tử.
7.1 Bức xạ nhiệt thuyết lượng tử Planck
(3)7.1 Bức xạ nhiệt thuyết lượng tử Planck.
Sự đời Cơ học lượng tử - Cơ học sóng.
Cuối kỷ 19, đầu kỷ 20: Lý thuyết tương đối giải thích nhiều
hiện tượng vật lý hệ có vận tốc chuyển động lớn
Hạn chế: nhiều tượng chưa giải thích học cổ điển
quang học sóng:
Hiện tượng xạ điện từ phát từ vật thể bị đốt nóng (bức xạ vật đen)
Hiện tượng quang điện: xạ điện tử chiếu ánh sáng bề mặt kim loại
Tia xạ khí nguyên tử ống phóng điện
1900-1930: Cơ học lượng tử hay học sóng đời
Giải thích tượng vật lý giới vi mô: Nguyên tử, phân tử, hạt nhân
Lý thuyết lượng tử: Thế giới vật chất mang lưỡng tính sóng-hạt
Các nhà vật lý tiếng: Einstein, Heisenberg, Bohr, Schrödinger, Planck…
(4) Vật đen:
Là hệ lý tưởng mà hấp thụ tất xạ chiếu vào Vật đen tạo lỗ nhỏ
của khối vật rỗng
Sự xạ vật đen qua lỗ nhỏ
(5)Hiện tượng xạ nhiệt.
Trạng thái bản: trạng thái có lượng thấp Trạng thái kích thích:
Khi nguyên tử, phân tử hấp thụ lượng, chuyển lên trạng thái kích
thích
Sau thời gian, hệ chuyển trạng thái trạng thái
nào có lượng thấp
Trạng thái kích thích trạng thái không bền
Bức xạ: Khi hệ chuyển từ trạng thái kích thích có lượng cao trạng thái
có lượng thấp giải phóng lượng dạng sóng điện từ, gọi xạ điện từ
Bức xạ nhiệt: Quá trình phát xạ điện từ kích thích nhiệt
Trạng thái cân động: Tại nhiệt độ xác định, lượng nhiệt mà hệ
hấp thụ lượng xạ
Phổ xạ nhiệt phổ liên tục có bước sóng từ vùng hồng ngoại, qua vùng
khả kiến vùng tử ngoại
Phổ xạ nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ cấu tạo vật
(6) Các đại lượng đặc trưng.
Xét phần diện tích dS mặt ngồi vật
Vật phát xạ trạng thái cân nhiệt độ T Vật phát xạ xạ
điện từ có tần số từ bé đến lớn:
Năng thông xạ: lượng xạ phát từ dS đơn vị thời
gian, xạ điện từ có tần số khoảng
: suất phát xạ đơn sắc ứng với tần số nhiệt độ T
Năng suất phát xạ toàn phần hay độ đặc trưng vật phát xạ:
Hệ số hấp thụ đơn sắc:
: thông bị hấp thụ phần dS
(7) Định luật Kirchhoff.
Xét hệ gồm bình kín cách nhiệt, bên có vật A1, A2, A3
phát xạ hấp thụ nhiệt
Ở trạng thái cân bằng, vật hấp thụ nhiệt mạnh xạ mạnh Khả
năng hấp thụ xạ tỷ lệ thuận với
Hàm phổ biến:
Tỷ số suất phát xạ đơn sắc hệ số hấp thụ đơn sắc vật nhiệt độ định hàm phụ thuộc vào tần số xạ nhiệt độ mà không phụ thuộc vào chất vật
Xét trường hợp vật đen tuyệt đối:
Hàm phổ biến suất phát xạ vật đen tuyệt đối ứng với tần số nhiệt độ T
@2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật Lý
A1
A3
(8)Thuyết lượng tử Planck.
Sự thất bại thuyết sóng ánh sáng việc giải thích tượng
bức xạ nhiệt.
Lý thuyết xạ điện từ cổ điển cho hàm phổ biến (Rayleigh Jeans):
kB = 1,38.10-23J/K số Boltzmann
Năng suất phát xạ toàn phần vật đen tuyệt đối:
Khi tần số xạ lớn suất phát xạ tồn phần lớn tiến
(9) Thuyết lượng tử Planck (1900): thuyết lượng tử lượng.
Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ lượng xạ
điện từ cách gián đoạn Phần lượng phát xạ hay hấp thụ bội số nguyên lượng lượng vô bé mà gọi “lượng tử lượng” (quantum energy)
Lượng tử lượng ứng với xạ điện từ có tần số (bước sóng ):
Cơng thức Planck:
Giới hạn cổ điển: Khi nhiệt độ lớn
: biểu thức Rayleigh Jeans
(10)Các định luật xạ vật đen tuyệt đối.
Năng suất phát xạ toàn phần vật đen tuyệt đối:
Sử dụng phép đổi biến ta có:
số Stefan-Boltzmann
Bước sóng ứng với giá trị cực đại suất xạ đơn sắc vật đen