- Khi e chuyển từ mức năng lượng cao Ecao xuống mức năng lượng thấp hơn Ethap thì nó phát ra một photon có năng lượng hoàn toàn xác định: hf = Ecao - Ethap - Mỗi photon có tần số f ứng [r]
(1)Chương I DAO ĐỘNG CƠ DAO ĐỘNG DIỀU HÒA I Dao động Thế nào là dao động cơ? Dao động là chuyển động qua lại vật quanh vò trí caân baèng Dao động tuần hoàn Dao động tuần hoàn là dao động mà sau khoảng thời gian nhau, gọi là chu kì, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ II Phương trình dao động điều hòa Ví duï Xét điểm M chuyển động tròn theo chiều dương (ngược chiều kim đồng hồ) với tốc độ góc w trên quỹ đạo taâm O baùn kính OM = A + Ở thời điểm t = 0, điểm M vị trí M0 đước xác định goùc j + Ở thời điểm t bất kì Mt xác định góc (wt + j) + Hình chiếu Mt xuống trục Ox là P có tọa độ: x = OP = Acos(wt + j) Vì haøm sin hay cosin laø moät haøm ñieàu hoøa, neân dao động điểm P gọi là dao động điều hòa Ñònh nghóa Dao động điều hòa là dao động đó li độ vật là hàm côsin (hay sin) thời gian Phöông trình Phương trình dao động: x = Acos(wt + j) Trong đó: A là biên độ dao động (A > 0) Nó là độ lệch cực đại vaät; ñôn vò m, cm (wt + j) là pha dao động thời điểm t; đơn vị rad j là pha ban đầu dao động; đơn vị rad Chuù yù + Điểm P dao động điều hòa trên đoạn thẳng luôn luôn có thể dược coi là hình chiếu điểm M chuyển động tròn trên đường kính là đoạn thẳng đó + Đối với phương trình dao động điều hòa x = Acos(wt + j) ta qui ước chọn trục x làm gốc để tính pha dao động III Chu kì , tần số, tần số góc dao động điều hòa Chu kì vaø taàn soá + Chu kì (kí hiệu T) dao động điều hòa là khoảng thời gian để thực dao động toàn phần; đơn vị giaây (s) + Tần số (kí hiệu f) dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực giây; đơn vị héc (Hz) Taàn soá goùc w phöông trình x = Acos(wt + j) goïi laø taàn soá goùc dao động điều hòa Liên hệ w, T và f: w = 2p = 2pf T IV Vận tốc và gia tốc vật dao động điều hòa Vaän toác + Vận tốc là đạo hàm li độ theo thời gian: v = x' = wAsin(t + j) + Vận tốc vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số sớm pha p so với với li độ dao động điều hòa - Ở vị trí biên, x = ± A thì vận tốc - Ở vị trí cân bằng, x = thì vận tốc có độ lớn cực đại : vmax = wA Gia toác + Gia tốc là đạo hàm vận tốc theo thời gian: a = v' = w2Acos(wt + j) = - w2x + Gia tốc vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số ngược pha với li độ (sớm pha p so với vận tốc) + Véc tơ gia tốc vật dao động điều hòa luôn hướng vị trí cân và tỉ lệ với độ lớn li độ - Ở vị trí biên, x = ± A thì gia tốc có độ lớn cực đại : amax = w2A - Ở vị trí cân bằng, x = thì gia tốc V Đồ thị dao động điều hòa Đồ thị dao động điều hòa là đường hình sin CON LAÉC LOØ XO I Con laéc loø xo Caáu taïo Gồm vật nhỏ có khối lượng m gắn vào đầu lò xo có độ cứng k, có khối lượng không đáng kể Đầu là xo giữ cố định Vâït m có thể trượt trên moät maët phaüng naèm ngang khoâng coù ma saùt Nhaän xeùt + Vò trí caân baèng cuûa vaät laø laø vò trí loø xo khoâng bò bieán daïng Trang 1/20 (2) + Keùo vaät naëng khoûi vò trí caân baèng cho loø xo daõn đoạn nhỏ buông tay, ta thấy vật dao động trên đoạn thẳng quanh vị trí cân II Khảo sát dao động lắc lò xo mặt động lực học Phương trình chuyển động ® ® Vật chịu tác dụng lực: Trọng lực P , phản lực N ® và lực đàn hồi F ® ® ® ® Theo ñònh luaät II Newton: m a = P + N + F Chieáu leân truïc Ox ta coù: ma = F = - kx => a = Ñaët w2 = k x m k ta coù: a = - w2 x m Nghieäm cuûa phöông trình naøy coù daïng : x = Acos(wt + j) Như lắc lò xo dao động điều hòa Taàn soá goùc vaø chu kì Taàn soá goùc: w = Chu kì: T = k m m 2p = 2p k w Lực kéo Lực luôn luôn hướng vị trí cân gọi là lực kéo Lực kéo có độ lớn tỉ lệ với li độ, là lực gây gia tốc cho vật dao động điều hòa III Khảo sát dao động lắc lò xo mặt lượng Động lắc lò xo mv = mw2A2sin2(wt+j) 2 2 = kA sin (wt + j) Wñ = Theá naêng cuûa laéc loø xo Wt = kx = k A2cos2(wt + j) 2 Cơ năngcủa lắc lò xo Sự bảo toàn W = Wt + Wñ = = k A2 mw2A2 = haèng soá Cơ lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Cơ lắc bảo toàn bỏ qua ma saùt CON LAÉC ÑÔN I Theá naøo laø laéc ñôn? Caáu taïo Gồm vật nhỏ, khối lượng m, treo vào đầu sợi dây không dãn, có chiều dài l, có khối lượng không đáng kể Nhaän xeùt Vò trí caân baèng laø vò trí maø daây treo coù phöông thaúng đứng Keùo nheï quaû caàu cho daây treo leäch khoûi vò trí caân baèng góc thả ta thấy lắc dao động xung quanh vị trí caân baèng II Khảo sát dao động lắc đơn mặt động lực hoïc Phương trình chuyển động Vị trí vật m xác định li độ góc a hay li độ cong s = la (a tính rad) Choïn chieàu döông nhö hình veõ Vật chịu tác dụng hai lực: Trọng ® ® lực P và sức căng T Theo ñònh luaät II Newton: ® ® ® ma= P + T Chiếu lên phương tiếp tuyến với quỹ đạo ta có: ma = Pt = - mgsina Thành phần Pt = - mgsina trọng lực là lực kéo Với a lớn (sina ¹ a) dao động lắc đơn không phải là dao động điều hòa s s ) thì: ma = - mg l l g g => a = - s Ñaët w2 = Ta coù: a = -w2s l l Với a<100 (sina » a = Nghieäm cuûa phöông trình naøy laø : s = S0cos(wt + j) Vậy, dao động nhỏ (sina » a (rad)), lắc đơn dao động điều hòa với biên độ S0 = la0 Tần số góc và chu kì dao động Taàn soá goùc : w = Chu kì: T = g l 2p l = 2p w g III Khảo sát dao động lắc đơn mặt lượng Động Wđ = mv Trang 2/20 (3) Theá naêng Wt = mgl(1 - cosa) = 2mglsin2 a Cô naêng Nếu bỏ ma sát thì lắc đơn bảo toàn và đúng nó vị trí biên: W = Wñ+Wt = mgl(1-cosa0) = 2mglsin2 Với a0 < 100 thì W = a0 mgla 02 IV Ứng dụng: Xác định gia tốc rơi tự Từ công thức tính chu kì lắc đơn: T = 2p 4p l l => g = T g Làm thí nghiệm với dao động lắc đơn, đo T và l ta tính g DAO ĐỘNG TẮT DẦN DAO ĐỘNG CƯỞNG BỨC I Dao động tắt dần Thế nào là dao động tắt dần? Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần Giaûi thích Nguyên nhân làm tắt dần dao động là lực ma sát và lực cản môi trường làm tiêu hao lắc Ứng dụng Các thiết bị đóng cửa tự động hay giảm xóc ô tô, xe máy, … là ứng dụng dao động tắt dần II Dao động trì Dao động trì cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động gọi là dao động trì Dao động lắc đồng hồ là dao động trì III Dao động cưởng Thế nào là dao động cưởng bức? Dao động chịu tác dụng ngoại lực cưởng tuần hoàn gọi là dao động cưởng Ví dụ: Khi ô tô dừng mà không tắt máy thì thân xe bị rung lên Đó là dao động cưởng tác dụng lực cưởng tuần hoàn gây chuyển động pittông xi lanh máy nổ Ñaëc ñieåm Dao động cưởng có biên độ không dổi và có tần số tần số lực cưởng Biên độ dao động cưởng phụ thuộc vào biên độ lực cưởng bức, vào lực cản hệ và vào chênh lệch tần số cưởng f và tần số riêng fo hệ Biên độ lực cưởng càng lớn, lực cản càng nhỏ và chênh lệch f và fo càng ít thì biên độ dao động cưởng càng lớn IV Hiện tượng công hưởng Ñònh nghóa Hiện tượng biên độ dao động cưởng tăng dần lên đến giá trị cực đại tần số f lực cưởng tần số riêng fo hệ dao động gọi là tượng cộng hưởng Điều kiện cộng hưởng: f = f0 Đặc điểm: Đồ thị cộng hưởng càng nhọn lực cản môi trường càng nhỏ Giaû thích Khi tần số lực cưởng tần số riêng hệ dao động thì hệ cung cấp lượng cách nhịp nhàng đúng lúc, lúc đó biên độ dao động hệ tăng dần lên Biên độ dao động đạt tới giá trị không đổi và cực đại tốc độ tiêu hao lượng ma sát tốc độ cung cấp lượng cho hệ Tầm quan trọng tượng cộng hưởng Những hệ dao động tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe, có tần số riêng Phải cẫn thậïn không các hệ chịu tác dụng các lực cưởng mạnh, có tần số tần số riêng chúng để tránh cộng hưởng, gây gãy, đổ Hộp đàn đàn ghi ta, viôlon, là hộp cộng hưởng với nhiều tần số khác dây đàn làm cho tiếng đàn nghe to, rỏ TỔNG HỢP HAI DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CÙNG PHÖÔNG CUØNG TAÀN SOÁ PHÖÔNG PHAÙP GIAÛN ĐỒ FRE-NEN I Veùc tô quay Dao động điều hòa: x = Acos(wt + j) ® Được biểu diễn véc tơ quay OM có + Gốc gốc tọa độ trục Ox + Độ dài biên độ dao động: OM = A + Hợp với trục Ox góc j + Quay quanh O theo chiều dương (ngược chiều kim đồng hồ) với vận tốc góc w II Phương pháp giãn đồ Fre-nen Đặt vấn đề Xét hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số: x1 = A1cos(wt + j1) x2 = A2cos(wt + j2) Để tìm li độ dao động tổng hợp x = x1 + x2 trường hợp A1 ¹ A2 ta dùng phương pháp giãn đồ Fre-nen Phương pháp giãn đồ Fre-nen Trang 3/20 (4) a) Biểu diễn các dao động thành phần và dao động tổng hợp véc tơ quay Các dao động thánh phần x1 và x2 biểu diễn ® ® hai véc tơ quay OM và OM đó dao động tổng hợp ® x = x1 + x2 biểu diễn véc tơ quay OM với ® ® ® OM = OM + OM Vậy, dao động tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số là dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số với hai dao động thành phần b) Biên độ và pha ban đầu dao động tổng hợp Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấyA2 = A12 + A22 + A1A2 cos (j2 - j1) và tanj = A1 sin j + A2 sin j A1 cos j + A2 cos j Ảnh hưởng độ lệch pha Biên độ và pha ban đầu dao động tổng hợp phụ thuộc vào biên độ và pha ban đầu các dao động thaønh phaàn + Khi hai dao động thành phần cùng pha (j2 - j1 = 2kp) thì dao động tổng hợp có biên độ cực đại: A = A1 + A2 + Khi hai dao động thành phần ngược pha (j2 - j1 = (2k + 1)p) thì dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu: A = |A1 A2| + Trường hợp tổng quát: A1 + A2 ³ A ³ |A1 - A2| Chöông II SOÙNG CÔ VAØ SOÙNG AÂM Tiết 12 - 13 SÓNG CƠ VAØ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ I Soùng cô Thí nghieäm + Cho cần rung dao động mũi S không chạm mặt nước, ta thấy mẩu nút chai nhỏ M đứng bất động + Cho cần rung dao động để mũi S chạm mặt nước, ta thấy sau thời gian ngắn, mẩu nút chai dao động Vậy, dao động từ O đã truyền qua nước tới M Ta nói đã có sóng trên mặt nước và O là nguồn sóng Ñònh nghóa Sóng là dao động lan truyền môi trường Các gợn sóng phát từ O là đường tròn tâm O Vậy sóng nước truyền theo các phương khác trên mặt nước với cùng tốc độ v Soùng ngang Sóng ngang là sóng đó các phần tử môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng Trừ trường hợp sóng mặt nước, sóng ngang truyền chất rắn Soùng doïc Sóng dọc là sóng đó các phần tử môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng Sóng dọc truyền chất khí, chất lỏng và chaát raén Sóng không truyền chân không II Caùc ñaëc tröng cuûa moät soùng hình sin Sự truyền sóng hình sin Căng ngang sợi dây mềm, dài, đầu Q gắn vào tường, đầu P gắn vào cần rung để tạo dao động điều hòa Khi cho P dao động điều hòa theo phương thẳng đứng Treân daây xuaát hieän moät soùng cô coù daïng hình sin lan truyền đầu Q Quan sát ta thấy trên dây có điểm dao động hoàn toàn giống Sóng lan truyền trên dây với tốc độ v Caùc ñaëc tröng cuûa moät soùng hình sin + Biên độ sóng A: là biên độ dao động phần tử môi trường có sóng truyền qua + Chu kì T, taàn soá f cuûa soùng: Chu kì T cuûa soùng laø chu kì dao động phần tử môi trường có sóng truyền qua Đại lượng f = goïi laø taàn soá cuûa soùng T + Tốc độ truyền sóng v: là tốc độ lan truyền dao động môi trường + Bước sóng l: là quãng đường sóng lan truyền chu kyø: l = vT = v f + Hai phần tử cách bước sóng thì dao động cùng pha với + Năng lượng sóng là lượng dao động các phần tử môi trường có sóng truyền qua III Phöông trình soùng Neáu phöông trình soùng taïi nguoàn O laø uO = Acoswt thì phöông trình soùng taïi M treân phöông truyeàn soùng (truïc Ox) laø: uM = Acos (wt - 2p OM x = Acos (wt - 2p ) l l GIAO THOA SOÙNG I Hiện tượng giao thoa hai sóng mặt nước Thí nghieäm Trên mặt nước có hai nguồn phát sóng giống hệt S1, S2 lan tỏa gặp nhau, sau thời gian ta thấy trên mặt nước xuất loạt gợn sóng ổn định có hình các đường hypebol và có tiêu điểm là S1, S2 Trang 4/20 (5) Giaûi thích Ở miền hai sóng gặp nhau, có điểm dao động mạnh, hai sóng gặp chúng tăng cường lẫn nhau, có điểm đứng yên, hai sóng gặp chúng triệt tiêu Tập hợp các điểm cực đại thành các đường hypebol, tập hợp các điểm đứng yên tạo thành các đường hypebol khác Hiện tượng hai sóng gặp tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là tượng giao thoa hai sóng Các gợn sóng có hình các đường hypebol gọi là các vân giao thoa II Cực đại và cực tiểu Dao động điểm vùng giao thoa Giả sử phương trình dao động hai nguồn là: uS1 = uS2 = Acoswt Các phương trình dao động M sóng từ S1 và S2 truyền tới là: u1M = Acos(wt - p (d1 + d ) p (d - d1 ) cos(wt ) l l Biên độ dao động tổng hợp M là: AM = 2A½cos S1S2 = (2k + 1) l III Điều kiện giao thoa Sóng kết hợp + Nguồn kết hợp, sóng kết hợp: Hai nguồn dao động cùng phương cùng tần số và có hiệu số pha không thay đổi theo thời gian gọi là hai nguồn kết hợp Hai sóng hai nguồn kết hợp phát gọi là hai sóng kết hợp Hai nguồn dao động cùng phương cùng tần số và cùng pha gọi là hai nguồn đồng + Để có các vân giao thoa ổn định trên mặt nước thì hai nguồn phát sóng trên mặt nước phải là hai nguồn kết hợp + Hiện tượng giao thoa là tượng đặc trưng sóng: quá trình sóng có thể gây tượng giao thoa và ngược lại quá trình nào gây tượng giao thoa thì đó chắn là quá trình sóng SÓNG DỪNG I Sự phản xạ sóng 2pd1 2pd ); u2M = Acos(wt ) l l Dao động tổng hợp M là uM = u1M + u2M = 2Acos Để có giao thoa ổn định thì khoảng cách hai nguồn phải số lẻ bước sóng p (d - d1 ) ½ phụ thuộc vào hiệu đường l (d2 – d1) từ nguồn tới M Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa + Tại M có cực đại p (d - d1 ) p (d - d1 ) ½=1 => cos = ±1 l l p (d - d1 ) hay = kp tức là d2 – d1 = kl; k Ỵ Z l Phaûn xaï cuûa soùng treân vaät caûn coá ñònh Khi phaûn xaï treân vaät caûn coá ñònh, soùng phaûn xaï luoân ngược pha với sóng tới điểm phản xạ Phản xạ sóng trên vật cản tự Khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn cùng pha với sóng tới điểm phản xạ II Sóng dừng Sóng dừng a) Thí nghieäm ½cos Những điểm đó dao động có biên độ cực đại là điểm mà hiệu đường hai sóng từ nguồn truyền tới số nguyên lần bước sóng l Khoảng cách hai vân cực đại liền kề trên đường nối S1S2 là i = l gọi là khoảng vân + Tại M có cực tiểu (đứng yên) Cho đầu P dây dao động liên tục, thì sóng tới và sóng phản xạ liên tục gặp nhau, chúng giao thoa với và tạo trên dây điểm luôn luôn đứng yên (nút) và điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại Đó là sóng dừng b) Ñònh nghóa Sóng dừng là sóng truyền trên sợi dây trường hợp xuaát hieän caùc nuùt vaø caùc buïng Sóng dừng trên dây có đầu cố định p (d - d1 ) p (d - d1 ) p = => = (2k + 1) l l l tức là d2 – d1 = (2k + 1) ; với k Ỵ Z cos Những điểm đó dao động triệt tiêu là điểm mà hiệu đường hai sóng từ nguồn truyền tới số lẻ bước sóng + Hai đầu cố định là hai nút sóng Trang 5/20 (6) + Vị trí các nút: Các nút sóng nằm cách các đầu cố định khoảng số nguyên nửa bước sóng Hai nút liên tiếp nằm cách khoảng l + Vị trí các bụng: Xen hai nút là bụng, nằm cách hai nút đó Các bụng nằm cách hai đầu cố định khoảng số nguyên lẽ phần tư bước sóng Hai bụng liên tiếp nằm cách khoảng baèng l Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài sợi dây phải số nguyên lần nửa bước sóng l=k l 2 Sóng dừng trên sợi dây có đầu cố định, đầu tự Điều kiện để có sóng dừng dừng trên sợi dây có đầu cố định, đầu tự là chiều dài sợi dây phải số nguyên lẻ phần tư bước sóng l = (2k + 1) l Tieát 17 ÑAËC TRÖNG VAÄT LÍ CUÛA AÂM I AÂm, nguoàn aâm AÂm laø gì? Sóng âm là sóng truyền các môi trường khí, loûng, raén Taàn soá cuûa soùng aâm cuõng laø taàn soá aâm Nguoàn aâm Nguồn âm là vật dao động phát âm Tần số âm phát tần số dao động nguồn aâm Âm nghe được, hạ âm, siêu âm Âm nghe (âm thanh) có tần số từ 16Hz đến 20000Hz Âm có tần số 16Hz gọi là hạ âm AÂm coù taàn soá treân 20 000Hz goïi laø sieâu aâm Sự truyền âm a) Môi trường truyền âm Âm truyền qua các chất rắn, lỏng và khí Âm không truyền chân không Âm không truyền qua các chất xốp bông, len, … Những chất đó gọi là chất cách âm b) Tốc độ truyền âm Trong môi trường, âm truyền với tốc độ xác định Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ môi trường và nhiệt độ môi trường Khi âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì vận tốc truyền âm thay đổi, bước sóng sóng âm thay đổi còn tần số âm thì không thay đổi II Những đặc trưng vật lí âm Nhaïc aâm laø aâm coù taàn soá xaùc ñònh Taïp aâm laø aâm khoâng coù moät taàn soá xaùc ñònh Taàn soá aâm Tần số âm là đặc trưng vật lí quan troïng nhaát cuûa aâm Cường độ và mức cường độ âm a) Cường độ âm Cường độ âm I điểm là đại lượng đo lượng mà sóng âm tải qua đơn vị diện tích đặt điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian Đơn vị cường độ âm là W/m2 b) Mức cường độ âm Đại lượng L = lg I với I0 là chuẫn cường độ âm (âm I0 nhỏ vừa đủ nghe, thường lấy chuẩn cường độ âm I0 = 1012 W/m2 với âm có tần số 1000Hz) gọi là mức cường độ âm âm có cường độ I Đơn vị mức cường độ âm ben (B) Trong thực tế người ta thường dùng ước số ben là đêxiben (dB): 1dB = 0,1B AÂm cô baûn vaø hoïa aâm Khi nhạc cụ phát âm có tần số f0 thì nhạc cụ đó đồng thời phát loạt âm có tần số 2f0, 3f0, có cường độ khác Âm có tần số f0 gọi là âm hay họa âm thứ nhất, các âm có tần số 2f0, 3f0, … gọi là các họa âm thứ 2, thứ 3, … Biên độ các họa âm lớn, nhỏ không nhau, tùy thuộc vào chính nhạc cụ đó Tập hợp các họa âm tạo thành phổ nhạc âm Phoå cuûa cuøng moät aâm caùc nhaïc cuï khaùc phaùt thì hoàn toàn khác Tổng hợp đồ thị dao động tất các họa âm nhạc âm ta đồ thị dao động nhạc âm đó ÑAËC TRÖNG SINH LÍ CUÛA AÂM I Độ cao Độ cao âm là đặc trưng sinh lí âm gắn liền với tần số âm Âm nghe càng (cao) tần số càng lớn Âm nghe caøng traàm (thaáp) taàn soá caøng nhoû II Độ to Độ to âm là khái niệm nói đặc trưng sinh lí âm gắn liền với với đặc trưng vật lí mức cường độ aâm Tuy nhiên ta không thể lấy mức cường độ âm làm số đo độ to âm dược Độ to âm phụ thuộc vào cường độ âm, mức cường độ âm và tần số âm Trang 6/20 (7) III AÂm saéc + Các nhạc cụ khác phát các âm có cùng độ cao tai ta có thể phân biệt âm nhạc cụ, đó là vì chúng có âm sắc khác + Âm có cùng độ cao các nhạc cụ khác phát có cùng chu kì đồ thị dao động chúng coù daïng khaùc Vaäy, aâm saéc laø moät ñaëc tröng sinh lí cuûa aâm, giuùp ta phaân bieät aâm caùc nguoàn khaùc phaùt AÂm saéc coù liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm Chöông III DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I Khaùi nieäm veà doøng ñieän xoay chieàu Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ là hàm số sin hay côsin thời gian, với dạng tổng quát: i = I0cos(wt + j) II Nguyeân taéc taïo doøng ñieän xoay chieàu _ Giaù trò trung bình cuûa coâng suaát p moät chu kì, coøn _ gọi là công suất trung bình: P = p = RI = 2 æ I ö R ç ÷ = RI2 è 2ø Đại lượng I = I0 gọi là giá trị hiệu dụng cường độ dòng điện xoay chiều (cường độ hiệu dụng) Cường độ hiệu dụng dòng điện xoay chiều cường độ dòng điện không đổi, cho hai dòng điện đó qua cùng điện trở R khoảng thời gian đủ dài thì nhiệt lượng tỏa baèng Caùc giaù trò hieäu duïng khaùc Những đại lượng điện và từ biến thiên theo hàm sin hay côsin theo thời gian có giá trị hiệu dụng tính theo công thức: Giá trị cực đại Giaù trò hieäu duïng = ¾¾¾¾¾¾¾ Hieäu ñieän theá hieäu duïng: U = Suất động hiệu dụng: E = Cho cuoän daây deït, hình troøn coù N voøng, moãi voøng coù dieän tích S, quay với tốc độ góc w xung quanh trục cố định đồng phẵng với cuộn dây đặt từ trường Uo Eo Khi tính toán, đo lường, các mạch điện xoay chiều, chủ yếu sử dụng các giá trị hiệu dụng ® B có phương vuông góc với trục quay ® Giả sử lúc t = góc hợp pháp tuyến n mặt ® phẵng chứa cuộn dây và véc tơ cảm ứng từ B là a = 0, thời điểm t > thì a = wt, từ thông qua cuộn dây cho bởi: F = NBScosa = NBScoswt Trong cuộn dây xuất suất điện động cảm ứng: e = - dF = NBSwsinwt dt Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cho bởi: I = NBSw sinwt R Đây là dòng điện xoay chiều với tần số góc w và cường độ cực đại: I0 = NBSw R III Giaù trò hieäu duïng Cường độ hiệu dụng Nếu dòng điện xoay chiều có cường độ tức thời i = I0coswt chạy qua R thì công suất tức thời tiêu thụ R laø: p = Ri2 = RI 02 cos2 wt _ Giá trị trung bình p chu kì cho bởi: p = _ CAÙC MAÏCH ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Neáu moät maïch ñieän coù doøng ñieän xoay chieàu i = I0coswt = I coswt thì điện áp xoay chiều hai đầu đoạn mạch là: u = U0cos(wt + j) = U cos(wt + j) j gọi là độ lệch pha u và i Nếu j > thì ta nói u sớm pha j so với i Nếu j < thì ta nói u trể pha |j| so với i Nếu j = thì ta nói u cùng với i I Mạch điện xoay chiều có điện trở Đặt vào hai đầu đoạn mạch chie có điện trở R điện áp xoay chieàu u = U coswt thì maïch seõ coù doøng ñieän i chaïy qua Ta coù: i = Với: I = u U = R R coswt = I coswt U là cường độ hiệu dụng dòng điện qua R đoạn mạch có R So sánh i và u ta thấy i cùng pha với u tức là j = II Đoạn mạch xoay chiều có tụ điện Thí nghieäm RI 02 cos wt Trang 7/20 (8) i = I coswt Thì điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm (r = 0) laø: u = ri - e = Li’ = - wLI sinwt Tụ điện C không cho dòng điện không đổi qua (cản trở hoàn toàn) lại cho dòng điện xoay chiều qua Khaûo saùt maïch ñieän xoay chieàu chæ coù tuï ñieän Đặt vào hai đầu đoạn mạch có tụ điện C điện áp xoay chieàu u = U coswt thì ñieän tích treân tuï seõ laø q = Cu = CU coswt Dòng điện chạy qua đoạn mạch là dq = q’ = - wCU sinwt dt p p = wCU cos(wt + ) = I cos(wt + ) 2 U U Với: I = wCU = = là cường độ hiệu dụng ZC wC i= dòng điện qua đoạn mạch có tụ điện C Trong đó ZC = goïi laø dung khaùng cuûa maïch wC So sánh i và u ta thấy i sớm pha pha p p so với i, tức là j = - 2 p so với u hay u trể YÙ nghóa cuûa dung khaùng Dung khaùng ZC = là đặc trưng cho tính cản trở wC doøng ñieän xoay chieàu cuûa tuï ñieän Neáu ñieän dung C cuûa tuï ñieän vaø taàn soá goùc w cuûa doøng điện càng lớn thì ZC càng nhỏ và dòng điện xoay chiều bị cản trở càng ít Ngoài dung kháng làm u trể pha i III Đoạn mạch xoay chiều có điện cảm Hiện tượng tự cảm mạch điện xoay chiều Khi có dòng điện cường độ i chạy qua cuộn dây có độ tự cảm L (gọi là cuộn cảm) thì từ thông tự cảm cuoän daây laø F = Li Neáu i laø doøng ñieän xoay chieàu thì F bieán thieân tuaàn hoàn theo t và cuộn dây xuất suất điện động: di e=-L = - Li’ dt Điện áp hai đầu cuộn cảm: u = ri - e Khaûo saùt maïch ñieän xoay chieàu chæ coù cuoän caûm thuaàn Đặt vào hai đầu cuộn cảm điện áp xoay chieàu thì maïch seõ coù moät doøng ñieän xoay chieàu chaïy qua Giả sử cường độ tức thời mạch là p p ) = U cos(wt + ) 2 U U Với U = wLI hay I = = là cường độ hiệu dụng wL ZL = wLI cos(wt + dòng điện qua đoạn mạch có cuộn cảm L Trong đó ZL = wL gọi là cảm kháng mạch So sánh u và i ta thấy u sớm pha p p so với i, tức là j = YÙ nghóa cuûa caûm khaùng Cảm kháng ZL = wL đặc trưng cho tính cản trở dòng ñieän xoay chieàu cuûa cuoän caûm Khi độ tự cảm cuộn cảm và tần số góc w dòng điện xoay chiều càng lớn thì ZL càng lớn, cuộn cảm L cản trở nhiều dòng điện xoay chiều Ngoài cảm kháng làm u sớm pha i Tieát 25 MAÏCH COÙ R, L, C MAÉC NOÁI TIEÁP I Phương pháp giãn đồ Fre-nen Định luật điện áp tức thời Trong đoạn mạch xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp thì điện áp tức thời hai đầu mạch tổng đại số các điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch Phương pháp giãn đồ Fre-nen Biểu diễn các đại lượng u và i đoạn mạch theo phương pháp giãn đồ véc tơ ® Maïch Ñònh luaät OÂm Caùc veùc tô quay U ® vaø I R UR = IR u, i cuøng pha C u treå pha với i p so UC = IZC L u sớm pha so với i p UL = IZL Phép cộng đại số các đại lượng xoay chiều hình sin thay phép tổng hợp các véc tơ quay tương ứng II Maïch coù R, L, C maéc noái tieáp Trang 8/20 (9) Định luật Ôm cho đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp ñieän aùp xoay chieàu u = U coswt Hệ thức các điện áp tức thời mạch : u = uR + uL + uC Nếu biểu diễn các điện áp tức thời các véc tơ quay thì ta coù ® ® ® ® U = U R + U L + UC Giaù trò trung bình cuûa coâng suaát ñieän tieâu thuï moät chu kì T: P = p = UI( cos j + cos(2wt + j ) ) Vì cos j = cosj coøn cos( 2wt + j ) = Neân P = UIcosj Đây là công thức tính công suất tiêu thụ trung bình mạch điện xoay chiều thời gian dài điện áp hiệu dụng U và cường độ hiệu dụng I không đổi Ñieän naêng tieâu thuï cuûa maïch ñieän W = Pt II Heä soá coâng suaát II Heä soá coâng suaát Biểu thức hệ số công suất và công suất Trong công thức P = UIcosj thì cosj gọi là hệ số coâng suaát Vì |j| < 900 neân ³ cosj ³ Dựa vào giãn đồ véc tơ ta có cosj = Công suất đoạn mạch RLC: Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấy: U= U R2 + (U L - U C ) P = UIcosj = = I R + (Z L - Z C ) = I.Z => I = Với Z = U Z maïch RLC Độ lệch pha điện áp và dòng điện Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấy: U L -UC Z L - ZC = = R UR P neân coâng suaát hao phí U cos j trên đường dây tải (có điện trở r) là Php = rI2 = rP Neáu heä soá coâng suaát cosj nhoû thì coâng suaát U cos j wL - wC R Cộng hưởng điện Khi ZL= ZC hay wL = U 2R = I2R Z Taàm quan troïng cuûa heä soá coâng suaát quaù trình cung cấp và sử dụng điện Vì P = UIcosj => I = R + (Z L - Z C ) gọi là tổng trở đoạm tanj = UR R = R Z thì Z = Zmin = R; I = Imax = wC U ; j = Ta nói có tượng cộng hưởng điện R Khi ZL > ZC thì j > 0: u nhanh pha i (đoạn mạch có tính caûm khaùng) Khi ZL < ZC thì j < 0: u trể pha i (đoạn mạch có tính dung khaùng) COÂNG SUAÁT ÑIEÄN TIEÂU THUÏ CUÛA MAÏCH ÑIEÄN XOAY CHIEÀU HEÄ SOÁ COÂNG SUAÁT I Công suất đoạn mạch xoay chiều Biểu thức công suất Xét đoạn mạch xoay chiều hình sin có điện áp và cường độ dòng điện tức thời: u = U coswt vaø i = I cos(wt + j) Công suất tức thời trên đoạn mạch: p = ui = 2UIcoswtcos(wt + j) = UI(cosj + cos(2wt + j)) hao phí trên đường dây tải Php lớn, đó người ta phải tìm caùch naâng cao heä soá coâng suaát Theo qui ñònh cuûa nhaø nước thì hệ số công suất cosj các sở điện toái thieåu phaûi baèng 0,85 Với cùng điện áp U và dụng cụ dùng điện tiêu thụ công suất P, tăng hệ số công suất cosj để giảm cường độ hiệu dụng I từ đó giảm hao phí vì tỏa nhiệt trên daây TRUYEÀN TAÛI ÑIEÄN NAÊNG MAÙY BIEÁN AÙP I Bài toán truyền tải điện xa Công suất phát từ nhà máy phát điện P = UI Công suất hao phí tỏa nhiệt trên đường dây tải P r ) = P2 U U Với công suất phát P xác định để giảm Php ta phải Php = rI2 = r( giảm r tăng U Biện pháp giảm r có hạn chế: Vì r = r l nên để S giảm ta phải dùng các loại dây có điện trở suất nhỏ bạc, dây siêu dẫn, với giá thành quá cao tăng tiết diện S, mà tăng tiết diện S thì tốn kim loại và phải xây cột điện lớn nên không kinh tế Trang 9/20 (10) Traùi laïi, bieän phaùp taêng U coù hieäu quaû roû reät: Taêng U leân n laàn thì Php giaûm n2 laàn II Maùy bieáp aùp Máy biến áp là thiết bị có khả biến đổi điện aùp xoay chieàu Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Boä phaän chính laø moät loûi bieán aùp hình khung baèng saét non có pha silic cùng với hai cuộn dây có điện trở nhỏ và độ tự cảm lớn quấn trên lỏi biến áp Cuộn thứ có N1 voøng noái vaøo nguoàn phaùt ñieän goïi laø cuoän sô caáp, cuoän thứ có N2 vòng nối các sở tiêu thụ điện gọi là cuộn thứ cấp Nối hai đầu cuộn sơ cấp vào nguồn phát điện xoay chieàu, doøng ñieän xoay chieàu chạy cuộn sơ cấp tạo từ trường biến thiên lỏi biến áp Từ thông biến thiên từ trường đó qua cuộn thứ cấp gây suất điện động cảm ứng cuộn thứ cấpï Khảo sát thực nghiệm máy biến áp * Cuộn thứ cấp để hở (I2 = 0, máy biến áp chế độ không taûi) Thay đổi các số vòng N1, N2, đo các điện áp U1 và U2 ta thaáy: + Caáu taïo goàm boä phaän chính: Phần cảm là nam châm vĩnh cữu hay nam châm điện Đó là phần tạo từ trường Phần ứng là cuộn dây, đó xuất suất điện động cảm ứng máy hoạt động Moät hai phaàn ñaët coá ñònh, phaàn coøn laïi quay quanh moät truïc Phaàn coá ñònh goïi laø stato, phaàn quay goïi laø roâto + Hoạt động: Khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, cuộn dây xuất suất điện động cảm ứng, suất điện động này đưa ngoài để sử dụng Taàn soá cuûa doøng ñieän xoay chieàu Neáu maùy phaùt coù cuoän daây vaø nam chaâm (moät caëp cực), rôto quay n vòng giây thì tần số dòng ñieän laø f = n Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng giây thì f = np Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng phút thì f = n p 60 II Maùy phaùt ñieän xoay chieàu ba pha U2 N2 = U N1 Neáu N2 > N1thì U2 > U1: Maùy taêng aùp Neáu N2 < N1thì U2 < U1: Maùy haï aùp * Cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ (I2 ¹ 0, máy biến áp chế độ có tải) Nếu hao phí điện máy biến áp không đáng kể (máy biến áp làm việc điều kiện lí tưởng) thì coâng suaát cuûa doøng ñieän maïch sô caáp vaø maïch thứ cấp có thể coi U1I1 = U2I2 Do đó: I1 U N = = I U1 N III Ứng dụng máy biến áp + Thay đổi điện áp dòng điện xoay chiều đến các giá trị thích hợp + Sử dụng việc truyền tải điện để giảm hao phí trên đường dây truyền tải + Sử dụng máy hàn điện nấu chảy kim loại Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Maùy phaùt ñieän xoay chieàu ba pha caáu taïo goàm stato coù ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống quấn trên ba loûi saét ñaët leäch 1200 treân moät voøng troøn, roâto laø moät nam chaâm ñieän Khi rôto quay đều, các suất điện động cảm ứng xuất ba cuộn dây có cùng biên độ, cùng tần số nhöng leäch veà pha laø 2π/3 Nếu nối các đầu dây ba cuộn với ba mạch ngoài (ba taûi tieâu thuï) gioáng thì ta coù heä ba doøng ñieän cùng biên độ, cùng tần số lệch pha là 2π/3 Caùch maéc maïch ba pha MAÙY PHAÙT ÑIEÄN XOAY CHIEÀU I Maùy phaùt ñieän xoay chieàu moät pha Cấu tạo và hoạt động Trang 10/20 (11) + Maéc hình Ba điểm đầu ba cuộn dây nối với mạch ngoài dây dẫn, goïi laø daây pha Ba ñieåm cuoái noái chung với trước nối với mạch ngoài dây dẫn gọi là dây trung hoøa Khi maéc hình ta coù: Ud = Up (Ud laø ñieän aùp hai dây pha, Up là điện áp dây pha và dây trung hoà) + Maéc hình tam giaùc: Ñieåm cuối cuộn này nối với điểm đầu cuộn theo thaønh ba ñieåm noái chung Ba ñieåm nối đó nối với mạch ngoài baèng daây pha + Tạo từ trường quay cách cho dòng điện xoay chieàu pha ñi vaøo stato goàm cuoän daây gioáng nhau, ñaët leäch 120o treân moät giaù troøn thì khoâng gian cuộn dây có từ trường quay với tần số goùc baèng taàn soá goùc w cuûa doøng ñieän xoay chieàu + Đặt từ trường quay rôto lồng sóc (có tác dụng khung dây dẫn có thể quay tác dụng từ trường quay) có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay từ trường + Rôto lòng sóc quay tác dụng từ trường quay với tốc độ nhỏ tốc độ từ trường Chuyển động quay rôto sử dụng để làm quay các máy khác II Động không đồng ba pha ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I Nguyên tắc hoạt động động không đồng Quay nam châm hình chử U với tốc độ góc w thì từ trường hai nhánh nam châm quay với tốc độ góc w Đặt từ trường quay với tốc độ góc w khung dây dẫn kín có thể quay quanh trục trùng với trục quay từ trường thì khung dây quay với tốc độ góc w’ < w Ta nói khung dây quay không đồng với từ trường Giải thích: Từ trường quay làm từ thông qua khung dây biến thiên, khung dây xuất dòng điện cảm ứng Cũng chính từ trường quay này tác dụng lên dòng điện khung dây mômen lực làm khung dây quay Theo ñònh luaät Len-xô, khung daây quay theo chieàu quay từ trường để giảm tốc độ biến thiên từ thông Tốc độ góc khung dây luôn nhỏ tốc độ góc từ trường vì tốc độ góc khung dây tốc độ góc từ trường thì từ thông qua khung dây không biến thiên nữa, dòng điện cảm ứng không còn, momen lực từ baèng 0, momen caûn laøm khung daây quay chaäm laïi Luùc đó lại có dòng cảm ứng và có momen lực từ Khung dây quay momen lực từ và momen cản cân II Động không đồng ba pha + Tạo từ trường quay cách cho dòng điện xoay chieàu pha ñi vaøo stato goàm cuoän daây gioáng nhau, ñaët leäch 120o treân moät giaù troøn thì khoâng gian cuộn dây có từ trường quay với tần số goùc baèng taàn soá goùc w cuûa doøng ñieän xoay chieàu + Đặt từ trường quay rôto lồng sóc (có tác dụng khung dây dẫn có thể quay tác dụng từ trường quay) có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay từ trường + Rôto lòng sóc quay tác dụng từ trường quay với tốc độ nhỏ tốc độ từ trường Chuyển động quay rôto sử dụng để làm quay các máy khác SỰ TÁN SẮC ÁNH SÁNG I Thí nghiệm tán sắc ánh sáng Niu-tơn (1672) - Kết quả: + Vệt sáng F’ trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng kính, đồng thời bị trải dài thành dải màu sặc sỡ Trang 11/20 (12) + Quan sát màu: đỏ, da cam, vàng, lục, làm, chàm, tím + Ranh giới các màu không rõ rệt - Dải màu quan sát này là quang phổ ánh sáng Mặt Trời hay quang phổ Mặt Trời - Ánh sáng Mặt Trời là ánh sáng trắng - Sự tán sắc ánh sáng: là phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc II Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc Niu-tơn - Cho các chùm sáng đơn sắc qua lăng kính ® tia ló lệch phía đáy không bị đổi màu Vậy: ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc truyền qua lăng kính III Giải thích tượng tán sắc - Ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc, mà là hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím - Chiết suất thuỷ tinh biến thiên theo màu sắc ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím - Sự tán sắc ánh sáng là phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành c chùm sáng đơn sắc IV Ứng dụng - Giải thích các tượng như: cầu vồng bảy sắc, ứng dụng máy quang phổ lăng kính… - Ánh sáng từ bóng đèn Đ ® trên M trông thấy hệ vân có nhiều màu - Đặt kính màu K (đỏ…) ® trên M có màu đỏ và có dạng vạch sáng đỏ và tối xen kẽ, song song và cách - Giải thích: Hai sóng kết hợp phát từ F 1, F2 gặp trên M đã giao thoa với nhau: + Hai sóng gặp tăng cường lẫn ® vân sáng + Hai sóng gặp triệt tiêu lẫn ® vân tối Vị trí vân sáng Gọi a = F1F2: khoảng cách hai nguồn kết hợp D = IO: khoảng cách từ hai nguồn tới màn M l: bước sóng ánh sáng d1 = F1A và d2 = F2A là quãng đường hai sóng từ F 1, F2 đến điểm A trên vân sáng O: giao điểm đường trung trực F1F2 với màn x = OA: khoảng cách từ O đến vân sáng A 2ax - Hiệu đường d: d = d2 - d1 = d2 + d1 SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG I Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng ax D - Để A là vân sáng thì:d2 – d1 = kl với k = 0, ± 1, ±2, … lD - Vị trí các vân sáng: xk = k với k: bậc giao thoa a lD - Vị trí các vân tối xk ' = (k '+ ) với k’ = 0, ± 1, a ±2, … - Hiện tượng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp vật cản gọi là tượng nhiễu xạ ánh sáng - Mỗi ánh sáng đơn sắc coi sóng có bước sóng xác định II Hiện tượng giao thoa ánh sáng Thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng Khoảng vân a Định nghĩa: là khoảng cách hai vân sáng hay hai vân tối liên tiếp nha lD b Công thức tính khoảng vân: i = a c Tại O là vân sáng bậc xạ: vân chính hay vân trung tâm, hay vân số - Vì D >> a và x nên: d2 + d1 » 2D® d2 - d1 = Ứng dụng: - Đo bước sóng ánh sáng Nếu biết i, a, D suy l: l = ia D III Bước sóng và màu sắc Trang 12/20 (13) Mỗi xạ đơn sắc ứng với bước sóng chân không xác định Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy có: l = (380 ¸ 760) nm Ánh sáng trắng Mặt Trời là hỗn hợp vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ đến ¥ - Các chất rắn, lỏng và khí cho quang phổ hấp thụ - Quang phổ hấp thụ chất khí chứa các vạch hấp thụ Quang phổ chất lỏng và chất rắn chứa các “đám” gồm cách vạch hấp thụ nối tiếp cách liên tục TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI I Phát tia hồng ngoại và tia tử ngoại CÁC LOẠI QUANG PHỔ i Máy quang phổ - Là dụng cụ dùng để phân tích chùm ánh sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc - Gồm phận chính: Ống chuẩn trực - Gồm TKHT L1, khe hẹp F đặt tiêu điểm chính L1 - Tạo chùm song song Hệ tán sắc - Gồm (hoặc 2, 3) lăng kính - Phân tán chùm sáng thành thành phần đơn sắc, song song Buồng tối - Là hộp kín, gồm TKHT L2, phim ảnh K (hoặc kính ảnh) đặt mặt phẳng tiêu L2 - Hứng ảnh các thành phần đơn sắc qua lăng kính P: vạch quang phổ - Tập hợp các vạch quang phổ chụp làm thành quang phổ nguồn F II Quang phổ phát xạ - Quang phổ phát xạ chất là quang phổ ánh sáng chất đó phát ra, nung nóng đến nhiệt độ cao - Có thể chia thành loại: a Quang phổ liên tục - Là quang phổ mà trên đó không có vạch quang phổ, và gồm dải có màu thay đổi cách liên tục - Do chất rắn, lỏng, khí có áp suất lớn phát bị nung nóng b Quang phổ vạch - Là quang phổ chứa vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách khoảng tối - Do các chất khí áp suất thấp bị kích thích phát - Quang phổ vạch các nguyên tố khác thì khác (số lượng các vạch, vị trí và độ sáng các vạch), đặc trưng cho nguyên tố đó III Quang phổ hấp thụ - Quang phổ liên tục, thiếu các xạ bị dung dịch hấp thụ, gọi là quang phổ hấp thụ dung dịch - Đưa mối hàn cặp nhiệt điện: + Vùng từ Đ ® T: kim điện kế bị lệch + Đưa khỏi đầu Đ (A): kim điện kế lệch + Đưa khỏi đầu T (B): kim điện kế tiếp tục lệch + Thay màn M bìa có phủ bột huỳnh quang ® phần màu tím và phần kéo dài quang phổ khỏi màu tím ® phát sáng mạnh - Vậy, ngoài quang phổ ánh sáng nhìn thấy được, hai đầu đỏ và tím, còn có xạ mà mắt không trông thấy, mối hàn cặp nhiệt điện và bột huỳnh quang phát - Bức xạ điểm A: xạ (hay tia) hồng ngoại - Bức xạ điểm B: xạ (hay tia) tử ngoại II Bản chất và tính chất chung tia hồng ngoại và tử ngoại Bản chất - Tia hồng ngoại và tia tử ngoại có cùng chất với ánh sáng thông thường, và khác chỗ, không nhìn thấy Tính chất - Chúng tuân theo các định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, và gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thông thường III Tia hồng ngoại Cách tạo - Mọi vật có nhiệt độ cao 0K phát tia hồng ngoại - Vật có nhiệt độ cao môi trường xung quanh thì phát xạ hồng ngoại môi trường - Nguồn phát tia hồng ngoại thông dụng: bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điôt hồng ngoại… Tính chất và công dụng - Tác dụng nhiệt mạnh ® sấy khô, sưởi ấm… - Gây số phản ứng hoá học ® chụp ảnh hồng ngoại - Có thể biến điệu sóng điện từ cao tần ® điều khiển dùng hồng ngoại - Trong lĩnh vực quân Trang 13/20 (14) IV Tia tử ngoại Nguồn tia tử ngoại - Những vật có nhiệt độ cao (từ 2000oC trở lên) phát tia tử ngoại - Nguồn phát thông thường: hồ quang điện, Mặt trời, phổ biến là đèn thuỷ ngân Tính chất - Tác dụng lên phim ảnh - Kích thích phát quang nhiều chất - Kích thích nhiều phản ứng hoá học - Làm ion hoá không khí và nhiều chất khí khác - Tác dụng sinh học Sự hấp thụ - Bị thuỷ tinh hấp thụ mạnh - Thạch anh, nước hấp thụ mạnh các tia từ ngoại có bước sóng ngắn - Tần ozon hấp thụ hầu hết các tia tử ngoại có bước sóng 300nm Công dụng - Trong y học: tiệt trùng, chữa bệnh còi xương - Trong CN thực phẩm: tiệt trùng thực phẩm - CN khí: tìm vết nứt trên bề mặt các vật kim loại - Tính chất bật và quan trọng là khả đâm xuyên Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả đâm xuyên càng lớn (càng cứng) - Làm đen kính ảnh - Làm phát quang số chất - Làm ion hoá không khí - Có tác dụng sinh lí Công dụng (Sgk) IV Nhìn tổng quát sóng điện từ - Sóng điện từ, tia hồng ngoại, ánh sáng thông thường, tia tử ngoại, tia X và tia gamma, có cùng chất, cùng là sóng điện từ, khác tần số (hay bước sóng) mà thôi -Toàn phổ sóng điện từ, từ sóng dài (hàng chục km) đến sóng ngắn (cỡ 10-12 ¸ 10-15 m) đã khám phá và sử dụng HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG I Hiện tượng quang điện Thí nghiệm Héc tượng quang điện TIA X I Phát tia X - Mỗi chùm catôt - tức là chùm êlectron có lượng lớn - đập vào vật rắn thì vật đó phát tia X II Cách tạo tia X - Dùng ống Cu-lít-giơ là ống thuỷ tinh bên là chất không, có gắn điện cực + Dây nung vonfram FF’ làm nguồn êlectron + Catôt K, kim loại, hình chỏm cầu + Anôt A kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và điểm nóng chảy cao - Hiệu điện A và K cỡ vài chục kV, các êlectron bay từ FF’ chuyển động điện trường mạnh A và K đến đập vào A và làm cho A phát tia X III Bản chất và tính chất tia X Bản chất - Tia tử ngoại có đồng chất nó với tia tử ngoại, khác là tia X có bước sóng nhỏ nhiều l = 10-8 m ¸ 10-11 m Tính chất - Chiếu ánh sáng hồ quang vào kẽm tích điện âm làm bật êlectron khỏi mặt kẽm Định nghĩa - Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron khỏi mặt kim loại gọi là tượng quang điện (ngoài) Nếu chắn chùm sáng hồ quang thuỷ tinh dày thì tượng trên không xảy ® xạ tử ngoại có khả gây tượng quang điện kẽm II Định luật giới hạn quang điện - Định luật: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng l ngắn hay giới hạn quang điện l0 kim loại đó, gây tượng quang điện - Giới hạn quang điện kim loại là đặc trưng riêng cho kim loại đó - Thuyết sóng điện từ ánh sáng không giải thích mà có thể giải thích thuyết lượng tử III Thuyết lượng tử ánh sáng Giả thuyết Plăng - Lượng lượng mà lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và hf; đó f là tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; còn h là số Trang 14/20 (15) Lượng tử lượng e = hf h gọi là số Plăng: h = 6,625.10-34J.s Thuyết lượng tử ánh sáng a Ánh sáng tạo thành các hạt gọi là phôtôn b Với ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn giống nhau, phôtôn mang lượng hf c Phôtôn bay với tốc độ c = 3.108m/s dọc theo các tia sáng d Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng phát hay hấp thụ phôtôn Giải thích định luật giới hạn quang điện thuyết lượng tử ánh sáng - Mỗi phôtôn bị hấp thụ truyền toàn lượng nó cho êlectron - Công để “thắng” lực liên kết gọi là công thoát (A) - Để tượng quang điện xảy ra:hf ³ A hay hc c hc h ³ A ® l £ ,Đặt l0 = ® l £ l0 A l A IV Lưỡng tính sóng - hạt ánh sáng - Ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG I Chất quang dẫn và tượng quang điện Chất quang dẫn - Là chất bán dẫn có tính chất cách điện không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện bị chiếu sáng Hiện tượng quang điện - Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để chúng trở thành các êlectron dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự gọi là tượng quang điện - Ứng dụng quang điện trở và pin quang điện II Quang điện trở - Là điện trở làm chất quang dẫn - Cấu tạo: sợi dây chất quang dẫn gắn trên đế cách điện - Điện trở có thể thay đổi từ vài MW ® vài chục W III Pin quang điện Là pin chạy lượng ánh sáng Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện Hiệu suất trên 10% Cấu tạo: a Pin có bán dẫn loại n, bên trên có phủ lớp mỏng bán dẫn loại p, trên cùng là lớp kim loại mỏng Dưới cùng là đế kim loại Các kim loại này đóng vai trò các điện cực trơ b Giữa p và n hình thành lớp tiếp xúc p-n Lớp này ngăn không cho e khuyếch tán từ n sang p và lỗ trống khuyếch tán từ p sang n ® gọi là lớp chặn c Khi chiếu ánh sáng có l £ l0 gây tượng quang điện Êlectron qua lớp chặn xuống bán dẫn n, lỗ trống bị giữ lại ® Điện cực kim loại mỏng trên nhiễm điện (+) ® điện cực (+), còn đế kim loại nhiễm điện (-) ® điện cực (-) - Suất điện động pin quang điện từ 0,5V ® 0,8V Ứng dụng (Sgk) HIỆN TƯỢNG QUANG – PHÁT QUANG I Hiện tượng quang – phát quang Khái niệm phát quang - Sự phát quang là hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát ánh sáng có bước sóng khác - Đặc điểm: phát quang còn kéo dài thời gian sau tắt ánh sáng kích thích Huỳnh quang và lân quang - Sự phát quang các chất lỏng và khí có đặc điểm là ánh sáng phát quang bị tắt nhanh sau tắt ánh sáng kích thích gọi là huỳnh quang - Sự phát quang các chất rắn có đặc điểm là ánh sáng phát quang có thể kéo dài thời gian sau tắt ánh sáng kích thích gọi là lân quang - Các chất rắn phát quang loại này gọi là các chất lân quang II Định luật Xtốc (Stokes) huỳnh quang - Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài bước sóng ánh sáng kích thích: lhq > lkt MẪU NGUYÊN TỬ BO I Mô hình hành tinh nguyên tử - Mẫu nguyên tử Bo bao gồm mô hình hành tinh nguyên tử và hai tiên đề Bo II Các tiên đề Bo cấu tạo nguyên tử Tiên đề các trạng thái dừng - Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng Khi các trạng thái dừng thì nguyên tử không xạ - Trong các trạng thái dừng nguyên tử, êlectron chuyển động trên quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là quỹ đạo dừng - Đối với nguyên tử hiđrô rn = n2r0 -11 r0 = 5,3.10 m gọi là bán kính Bo Tiên đề xạ và hấp thụ lượng nguyên tử - Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng (En) sang trạng thái dừng có lượng thấp Trang 15/20 (16) (Em) thì nó phát phôtôn có lượng đúng hiệu En - Em: e = hfnm = En - Em - Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng Em thấp mà hấp thụ phôtôn có lượng đúng hiệu En - Em thì nó chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao En III- QUANG PHỔ PHÁT XẠ VÀ HẤP THỤ CỦA NGUYÊN TỬ HIDRO - Năng lượng e nguyên tử hidro các trạng thái dừng khác nhau(các mức lượng nguyên tử hidro: EK ; EL ; EM ) - Khi e chuyển từ mức lượng cao( Ecao ) xuống mức lượng thấp hơn( Ethap )thì nó phát photon có lượng hoàn toàn xác định: hf = Ecao - Ethap - Mỗi photon có tần số f ứng cới sóng ánh sáng c đơn sắc có bước sóng l = , tức là ứn với vạch f quang phổ có mày định - Ngược lại, nguyên tử hidro mức lượng Ethap thì nguyên tử đó hấp thụ photon có lượng e = Ecao - Ethap để chuyển lên mức lượng Ecao *KL:Như vậy, sóng ánh sáng đơn sắc bị hấp thụ, làm cho trên quang phổ liên tục xuất vạch tối.Do đó, quang phổ hấp thụ nguyên tử hidro là quang phổvạch SƠ LƯỢC VỀ LAZE I Cấu tạo và hoạt động Laze Laze là gì? - Laze là nguồn phát chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng - Đặc điểm: + Tính đơn sắc + Tính định hướng + Tính kết hợp cao + Cường độ lớn Sự phát xạ cảm ứng A e Cấu tạo laze - Xét cấu tạo laze rubi + Thanh rubi hình trụ (A), hai mặt mài nhẵn và vuông góc với trục + Mặt mạ bạc trở thành gương phẳng G1 có mặt phản xạ quay vào + Mặt (2) là mặt bán mạ, trở thành gương phẳng G2 có mặt phản xạ quay G1 Hai gương G1 // G2 Các loại laze - Laze khí, laze He – Ne, laze CO2 - Laze rắn, laze rubi - Laze bán dẫn, laze Ga – Al – As II Một vài ứng dụng laze - Y học: dao mổ, chữa bệnh ngoài da… - Thông tin liên lạc: sử dụng vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, truyền tin cáp quang… - Công nghiệp: khoan, cắt - Trắc địa: đo khoảng cách, ngắm đường thẳng… - Trong các đầu đọc CD, bút bảng… TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN I Cấu tạo hạt nhân Hạt nhân tích điện dương +Ze (Z là số thứ tự bảng tuần hoàn) - Kích thước hạt nhân nhỏ, nhỏ kích thước nguyên tử 104 ¸ 105 lần Cấu tạo hạt nhân - Hạt nhân tạo thành các nuclôn + Prôtôn (p), điện tích (+e) + Nơtrôn (n), không mang điện - Số prôtôn hạt nhân Z (nguyên tử số) - Tổng số nuclôn hạt nhân kí hiệu A (số khối) - Số nơtrôn hạt nhân là A – Z Kí hiệu hạt nhân - Hạt nhân nguyên tố X kí hiệu: ZA X - Kí hiệu này dùng cho các hạt sơ cấp: 11 p , n , -10 e- Đồng vị - Các hạt nhân đồng vị là hạt nhân có cùng số Z, khác số A - Ví dụ: hiđrô có đồng vị a Hiđrô thường 11H (99,99%) b Hiđrô nặng 12 H , còn gọi là tê ri 12 D (0,015%) c Hiđrô siêu nặng 13 H , còn gọi là triti 31T , không bền, thời gian sống khoảng 10 năm II Khối lượng hạt nhân Đơn vị khối lượng hạt nhân - Đơn vị u có giá trị 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị 126C 1u = 1,6055.10-27kg Khối lượng và lượng hạt nhân - Theo Anh-xtanh, lượng E và khối lượng m tương ứng cùng vật luôn luôn tồn đồng thời và tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ là c2 E = mc2 Trang 16/20 (17) c: vận tốc ánh sáng chân không (c = 3.108m/s) 1uc2 = 931,5MeV® 1u = 931,5MeV/c2 MeV/c2 coi là đơn vị khối lượng hạt nhân - Chú ý quan trọng: + Một vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ thì chuyển động với vận tốc v, khối lượng tăng lên m0 thành m với m = v2 1- c Trong đó m0: khối lượng nghỉ và m là khối lượng động m0 c + Năng lượng toàn phần: E = mc2 v2 1- c Trong đó: E0 = m0c2 gọi là lượng nghỉ E – E0 = (m - m0)c2 chính là động vật NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN I Lực hạt nhân - Lực tương tác các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh) - Kết luận: + Lực hạt nhân là loại lực truyền tương tác các nuclôn hạt nhân, còn gọi là lực tương tác mạnh + Lực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thước hạt nhân (10-15 m) II Năng lượng liên kết hạt nhân Độ hụt khối - Khối lượng hạt nhân luôn luôn nhỏ tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó - Độ chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối hạt nhân, kí hiệu Dm Dm = Zmp + (A – Z)mn – m( ZA X ) Năng lượng liên kết E lk = éëZmp + A( - Z m)n - m Z ( X ùû )Ac Elk = Dmc2 Hay - Năng lượng liên kết hạt nhân tính tích độ hụt khối hạt nhân với thừa số c2 Năng lượng liên kết riêng E - Năng lượng liên kết riêng, kí hiệu lk , là thương số A lượng liên kết Elk và số nuclôn A - Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững hạt nhân III Phản ứng hạt nhân Định nghĩa và đặc tính - Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi các hạt nhân a Phản ứng hạt nhân tự phát - Là quá trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác b Phản ứng hạt nhân kích thích - Quá trình các hạt nhân tương tác với tạo các hạt nhân khác - Đặc tính: + Biến đổi các hạt nhân + Biến đổi các nguyên tố + Không bảo toàn khối lượng nghỉ Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân a Bảo toàn điện tích b Boả toàn số nuclôn (bảo toàn số A) c Bảo toàn lượng toàn phần d Bảo toàn động lượng Năng lượng phản ứng hạt nhân - Phản ứng hạt nhân có thể toả lượng thu lượng Q = (mtrước - msau)c2 + Nếu Q > 0® phản ứng toả lượng: - Nếu Q < ® phản ứng thu lượng PHÓNG XẠ I Hiện tượng phóng xạ Định nghĩa Là tượng hạt nhân tự động phóng các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân mơi Các dạng phóng xạ a Phóng xạ a: ZA X ® AZ 42Y + 24 He a A-4 Dạng rút gọn: ZA X ¾¾® Y Z -2 - Tia a là dòng hạt nhân 24 He chuyển động với vận tốc 2.107m/s Đi chừng vài cm không khí và chừng vài mm vật rắn b Phóng xạ b- Tia b- là dòng êlectron ( -10 e ): ZA X ® Z +A1Y + -10 e + 00n - b A Dạng rút gọn: ZA X ¾¾® Y Z +1 + c Phóng xạ b - Tia b+ là dòng pôzitron ( 10 e ): ZA X ® Y + 10 e + 00n A Z -1 + b A Dạng rút gọn: ZA X ¾¾® Y Z -1 + * Tia b và b chuyển động với tốc độ » c, truyền vài mét không khí và vài mm kim loại d Phóng xạ g: E2 – E1 = hf - Phóng xạ g là phóng xạ kèm phóng xạ b- và b+ - Tia g vài mét bêtông và vài cm chì II Định luật phóng xạ Đặc tính quá trình phóng xạ a Có chất là quá trình biến đổi hạt nhân b Có tính tự phát và không điều khiển c Là quá trình ngẫu nhiên Định luật phân rã phóng xạ - Xét mẫu phóng xạ ban đầu Trang 17/20 (18) + N0 sô hạt nhân ban đầu + N số hạt nhân còn lại sau thời gian t Nội dung Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thêi gian T gäi lµ chu k× b¸n r·, cø say mçi chu ki nµy thì 1/2 số nguyên tử chất đã biến đổi thành chất kh¸c N = N e- l t Trong đó l là số dương gọi là số phân rã, đặc trưng cho chất phóng xạ xét Chu kì bán rã (T) - Chu kì bán rã là thời gian qua đó số lượng các hạt nhân còn lại 50% (nghĩa là phân rã 50%) ln 0,693 T= = l l - Lưu ý: sau thời gian t = xT thì số hạt nhân phóng xạ N còn lại là: N = x0 Độ phóng xạ (H) (Sgk) PHÓNG XẠ NHÂN TẠO 1.Phóng xạ nhân tạo và phương pháp nguyên tử đánh dÊu Hiện tượng phóng xạ nhân tạo là tượng mà ngưới ta chiÕu chïm tia a , b + , b - vµo tÊm kim lo¹i lµm ph¸t c¸c tia phãng x¹ vµ cho ta chÊt míi 27 30 vÝ dô 24 He + 13 Al ® 15 P + 01n Nhờ có tượng phóng xạ nhân tạo mà người ta có thÓ t¹o nhiÒu h¹t phãng x¹ vµ chÊt phãng x¹ míi n»m cuèi b¶ng hÖ thèng tuÇn hoµn A A +1 Z X + 0n ® Z X A +1 Z X là đồng vị X trộn lẫn X với các hạt nhân bình thường không phóng xạ, các hạt nhân phóng xạ A +1 Z X gọi là nguyên tử đánh dấu, cho phép ta kh¶o s¸t sù tån t¹i, sù ph©n bè, sù vËn chuyÓn cña nguyªn tè X øng dông: Trong y häc, ho¸ häc, sinh häc 2.Đồng vị 14C , đồng hồ trái đất Khi nơtron chậm(tốc độ vào cỡ vài trăm mét trên gi©y)nã gÆp h¹t nh©n nit¬ t¹o nªn ph¶n øng: 14 14 n + N ® 6C + p 14 C là đồng vị phóng xạ b cã chu k× b¸n r· 5730 n¨m Nhờ đồng vị này mà ngứơi ta biết tuổi thọ cổ vật và tuổi thọ cây trưởng thành Nói cách 14 C kh¸c, tØ lÖ 146 loµi thùc vËt ®ang xÐt gi¶m ®i 6C bao nhiªu so víi tØ lÖ kh«ng khÝ PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Cơ chế phản ứng phân hạch Phản ứng phân hạch là gì? - Là vỡ hạt nhân nặng thành hạt nhân trung bình (kèm theo vài nơtrôn phát ra) Phản ứng phân hạch kích thích n + X ® X* ® Y + Z + kn (k = 1, 2, 3) - Quá trình phân hạch X là không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X* II Năng lượng phân hạch - Xét các phản ứng phân hạch: 1 n + 235 U® 92 U * ® 95 Y + 138 I + 01n 39 53 236 92 n + 235 U ® 236 U *® 139 Xe + 3895 Sr + 201 n 92 92 54 Phản ứng phân hạch toả lượng - Phản ứng phân hạch 235 U là phản ứng phân hạch toả 92 lượng, lượng đó gọi là lượng phân hạch - Mỗi phân hạch 235 U tỏa lượng 212MeV 92 Phản ứng phân hạch dây chuyền - Giả sử sau phân hạch có k nơtrôn giải phóng đến kích thích các hạt nhân 235 U tạo nên 92 phân hạch - Sau n lần phân hạch, số nơtrôn giải phóng là kn và kích thích kn phân hạch + Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát không đổi + Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát tăng nhanh, có thể gây bùng nổ - Khối lượng tới hạn 235 U vào cỡ 15kg, 239 Pu vào 92 94 cỡ 5kg Phản ứng phân hạch có điều khiển - Được thực các lò phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k = - Năng lượng toả không đổi theo thời gian PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH I Cơ chế phản ứng tổng hợp hạt nhân Phản ứng tổng hợp hạt nhân là gì? - Là quá trình đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hợp lại thành hạt nhân nặng H + 13 H ® 24 He + 01n Phản ứng trên toả lượng: Qtoả = 17,6MeV Điều kiện thực - Nhiệt độ đến cỡ trăm triệu độ - Mật độ hạt nhân plasma (n) phải đủ lớn - Thời gian trì trạng thái plasma (t) phải đủ lớn s nt ³ (1014 ¸ 1016 ) cm II Năng lượng tổng hợp hạt nhân Trang 18/20 (19) - Năng lượng toả các phản ứng tổng hợp hạt nhân gọi là lượng tổng hợp hạt nhân - Thực tế quan tâm đến phản ứng tổng hợp nên hêli 1 H + 12 H ® 23 He H + 13 H ® 24 He 1 H + 12 H ® 24 He H + 13 H ® 24 He + 01n H + 36 Li ® 2( 24 He) III Phản ứng tổng hợp hạt nhân trên các vũ trụ - Năng lượng phát từ Mặt Trời và từ hầu hết các vũ trụ có nguồn gốc là lượng tổng hợp hạt nhân - Quá trình tổng hợp Heli từ hiđrô: 11H ® 24 He + 10 e + 00n + 2g Phản ứng trên xảy 30 triệu độ, lượng toả là 26,7MeV IV Phản ứng tổng hợp hạt nhân trên Trái Đất Con người đã tạo phản ứng tổng hợp hạt nhân thử bom H và nghiên cứu tạo phản ứng tổng hợp hạt nhân có điều khiển Phản ứng tổng hợp hạt nhân có điều khiển - Hiện đã sử dụng đến phản ứng H + 13 H ® 24 He + 01n + 17, MeV - Cần tiến hành việc: a Đưa vận tốc các hạt lên lớn b “Giam hãm” các hạt nhân đó phạm vi nhỏ hẹp để chúng có thể gặp Ưu việt lượng tổng hợp hạt nhân - So với lượng phân hạch, lượng tổng hợp hạt nhân ưu việt hơn: a Nhiên liệu dồi dào b Ưu việt tác dụng môi trường CÁC HẠT SƠ CẤP I Khái niệm các hạt sơ cấp Hạt sơ cấp là gì? - Hạt sơ cấp (hạt vi mô, hay vi hạt) là hạt có kích thước vào cỡ kích thước hạt nhân trở xuống Sự xuất các hạt sơ cấp - Để tạo nên các hạt sơ cấp mới, người ta sử dụng các máy gia tốc làm tăng vận tốc số hạt và cho chúng bắn vào các hạt khác - Một số hạt sơ cấp: + Hạt muyôn (m-) - 1937 + Hạt p+ và p- + Hạt po + Các hạt kaôn K- và Ko + Các hạt nặng (m > mp): lamđa (Ùo); xicma: So, S±; kxi: Xo, X-; ômêga: W - II Tính chất các hạt sơ cấp Phân loại Thời gian sống (trung bình) - Một số ít hạt sơ cấp là bền, còn đa số là không bền, chúng tự phân huỷ và biến thành hạt sơ cấp khác Phản hạt - Mỗi hạt sơ cấp có phản hạt tương ứng - Phản hạt hạt sơ cấp có cùng khối lượng điện tích trái dấu và cùng giá trị tuyệt đối - Kí hiệu: Hạt: X; Phản hạt: X Spin - Đại lượng đặc trưng cho chuyển động nội hạt vi mô gọi là momen spin (hay thông số spin số lượng tử spin) - Độ lớn momen spin tính theo số lượng tử spin, kí hiệu s - Phân loại các vi hạt theo s III Tương tác các hạt sơ cấp - Có loại Tương tác điện từ - Là tương tác phôtôn và các hạt mang điện và các hạt mang điện với Tương tác mạnh - Là tương tác các hađrôn Tương tác yếu Các leptôn - Là tương tác có các leptôn tham gia æ e- ö æ m - ö æt - ö - Có hạt leptôn: ç ÷ ; ç ÷ ; ç ÷ ç v ÷ ç v ÷ çn ÷ è eø è m ø è tø Tương tác hấp dẫn - Là tương tác các hạt (các vật) có khối lượng khác không Sự thống các tương tác - Trong điều kiện lượng cực cao, thì cường độ các tương tác cùng cỡ với Khi đó có thể xây dựng lí thuyết thống các loại tương tác đó CẤU TẠO VŨ TRỤ I Hệ Mặt Trời - Gồm Mặt Trời, các hành tinh và các vệ tinh Trang 19/20 (20) Mặt Trời - Là thiên thể trung tâm hệ Mặt Trời RMặt Trời > 109 RTrái Đất mMặt Trời = 333000 mTrái Đất - Là cầu khí nóng sáng với 75%H và 23%He - Là ngôi màu vàng, nhiệt độ bề mặt 6000K - Nguồn gốc lượng: phản ứng tổng hợp hạt nhân hiđrô thành Heli Các hành tinh - Có hành tinh - Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo cùng chiều - Xung quanh hành tinh có các vệ tinh - Các hành tinh chia thành nhóm: “nhóm Trái Đất” và “nhóm Mộc Tinh” Các hành tinh nhỏ - Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời trên các quỹ đạo có bán kính từ 2,2 đến 3,6 đvtv, trung gian bán kính quỹ đạo Hoả tinh và Mộc tinh Sao chổi và thiên thạch a Sao chổi: là khối khí đóng băng lẫn với đá, có đường kính vài km, chuyển động xung quanh Mặt Trời theo quỹ đạo hình elip dẹt mà Mặt Trời là tiêu điểm c Đa số thiên hà có dạng xoắn ốc, số có dạng elipxôit và số ít có dạng không xác định - Đường kính thiên hà vào khoảng 100.000 năm ánh sáng Thiên hà chúng ta: Ngân Hà a Hệ Mặt Trời là thành viên thiên hà mà ta gọi là Ngân Hà b Ngân Hà có dạng đĩa, phần phình to, ngoài mép dẹt - Đường kính Ngân Hà vào khoảng 100.000 năm ánh sáng, bề dày chỗ phồng to vào khoảng 15.000 năm ánh sáng c Hệ Mặt Trời nằm trên mặt phẳng qua tâm và vuông góc với trục Ngân Hà, cách tâm khoảng cỡ 2/3 bán kính nó d Ngân Hà có cấu trúc dạng xoắn ốc Các đám thiên hà - Các thiên hà có xu hướng tập hợp với thành đám Các quaza (quasar) - Là cấu trúc nằm ngoài các thiên hà, phát xạ mạnh cách bất thường các sóng vô tuyến và tia X Thiên thạch là tảng đá chuyển động quanh Mặt Trời II Các và thiên hà Các a Là khối khí nóng sáng Mặt Trời SỰ CHUYỂN ĐỘNG VÀ TIẾN HOÁ CỦA VŨ TRỤ I Sự chuyển động vũ trụ Sự chuyển động quanh các tâm - Dưới tác dụng lực vạn vật hấp dẫn, các thành viên hệ thống cấu trúc vũ trụ quay xung quanh thiên thể (hoặc khối) trung tâm theo định luật Kê-ple Sự nở vũ trụ - Vũ trụ nở Các thiên hà càng xa chúng ta càng chuyển động nhanh xa chúng ta II Sự tiến hoá các b Nhiệt độ lòng các lên đến hàng chục triệu độ đó xảy các phản ứng hạt nhân c Khối lượng các khoảng từ 0,1 đến vài chục lần (đa số là lần) khối lượng Mặt Trời - Bán kính các biến thiên khoảng rộng d Có cặp có khối lượng tương đương nhau, quay xung quanh khối tâm chung, đó là đôi e Ngoài ra, còn có trạng thái biến đổi mạnh - Có không phát sáng: punxa và lỗ đen f Ngoài ra, còn có “đám mây” sáng gọi là các tinh vân Thiên hà a Thiên hà là hệ thống gồm nhiều loại và tinh vân b Thiên hà gần ta là thiên hà Tiên Nữ (2 triệu năm ánh sáng) - Các hình thành từ đám tinh vân khí hiđrô - Các có khối lượng cỡ khối lượng Mặt Trời trở xuống tiến hoá để thành chắt trắng - Các có khối lượng lớn Mặt Trời nhiều tiến hoá để thành punxa lỗ đen Trang 20/20 (21)