Theo định luật Kirchhoff, ta có : e < evđ hay R < Rvđ Ở cùng một nhiệt độ và xét cùng một độ dài sóng, hệ số phát xạ đơn sắc của một vật thực không đen bao giờ cũng nhỏ hơn hệ số phát xạ
Trang 15 /
8
1
hc kT
hc
e
λ λ π λλ − λ
=
Mật độ năng lượng đơn sắc là :
5 /
8
1
hc kT
hc u
e
λ π λλ −
=
Suy ra độ chói năng lượng đơn sắc :
Công thức được gọi là công thức Planck, hoàn toàn phù hợp với đường đặc trưng C vẽ được bởi thực nghiệm (hình 10)
Hằng số h được gọi là hằng số Planck
h = (6,6253 + 0,0003) x 10-34 joule giây Vậy theo Planck, năng lượng của mỗi vật dao động phải là một bội số nguyên của tích số giữa hằng số h và tần số ( của bức xạ mà nó phát ra
Năng lượng của một vật dao động chỉ có thể thay đổi nhỏ nhất là:
ε = hν
Ta có thể từ công thức Planck tìm lại các định luật Stefan – Boltzmann, định luật Wien, công thức Rayleih – Jeans khi ( lớn Điều này xác định sự đúng đắn của giả thuyết Planck
về lượng tử
Khái niệm về lượng tử được Planck đưa ra năm 1900, lúc đầu chỉ nhằm mục đích cố gắng giải thích hiện tượng bức xạ nhiệt của vật đen Nhưng ta sẽ thấy, phát kiến táo bạo và nổi tiếng này của Planck đã dẫn tới những chuyển biến mạnh trong ngành vật lý
§§13 BỨC XẠ NHIỆT CỦA VẬT THỰC
Theo định luật Kirchhoff, ta có : e( < evđ( hay R( < Rvđ(
Ở cùng một nhiệt độ và xét cùng một độ dài sóng, hệ số phát xạ đơn sắc của một vật thực (không đen) bao giờ cũng nhỏ hơn hệ số phát xạ đơn sắc của vật đen
MàĠ suy ra : R < Rvđ Nghĩa là năng suất phát xạ toàn phần của vật thực cũng phải nhỏ hơn năng suất phát xạ toàn phần của vật đen
Ta cũng có thể khảo sát sự phân bố năng lượng trong phổ bức xạ của một vật thực bằng phương pháp giống như khi khảo sát sự bức xạ của vật đen, nhưng trong trường hợp này đường đặc trưng tùy thuộc bản chất của vật thực Trong hình vẽ 11 đường a và b là các
đường đặc trưng phổ phát xạ của hai vật thực A và B ở cùng nhiệt độ nhưng làm bằng hai chất khác nhau Đường C là đường đặc trưng phổ phát xạ của vật đen
Những vật thực có hệ số hấp thụ a( thay đổi không đáng
kể theo độ dài sóng ( (a(= a, hằng số đối với độ dài sóng) nên độ chói năng lượng đơn sắc e( tỉ lệ với độ chói E( của vật đen ứng với cùng một độ dài sóng và cùng một nhiệt độ:
e??= aE? Trong trường hợp này sự phân bố năng lượng
1
2
/
5 2
−
kT hc
e
hc E
b
a
c
eλ
Click to buy NOW!
w
w
w
.d oc u -tra c k.
co m
Click to buy NOW! w
w w
.d oc u -tra c k.
co m
Trang 2Trong trường hợp các kim loại, đường phân bố năng lượng trong phổ phát xạ cĩ dạng tương tự như trường hợp vật đen nhưng đỉnh nhọn dịch chuyển thường là về phía độ dài sĩng ngắn, đối với đường đặc trưng phổ phát xạ của vật đen ở cùng một nhiệt độ (hình 13)
Với các vật đen, năng suất phát xạ tồn phần Rvđ tuân theo định luật Boltzmann
Rvđ = ( T4 Với các vật thực thì năng suất phát xạ tồn phần R phải nhỏ hơn
R < Rvđ hay R < ( T4
Ta đặt R = b ( T4
b được gọi là độ đen của vật, cĩ trị số tùy thuộc tính chất và nhiệt độ của vật và luơn luơn nhỏ hơn một (b < 1)
Nếu ta xét nhiệt độ T’ của một vật đen cĩ năng suất phát xạ tồn phần bằng năng suất phát xạ của một vật thực ở nhiệt độ T thì T’ được gọi là nhiệt độ bức xạ của vật thực
Ta cĩ : (T’4 = b ( T4 Suy ra nhiệt độ thực của vật thực là :
4 '
b
T
Như vậy nếu xác định được nhiệt độ bức xạ T’ của vật thực, ta suy ra được nhiệt độ thực
T của nĩ nếu biết độ đen b
§§14 HỎA KẾ QUANG HỌC
Hỏa kế quang học dùng để đo các nhiệt độ cao, thí dụ nhiệt độ một vật nung đỏ, nhiệt độ
lị luyện kim… Với các nhiệt độ cao như vậy người ta khơng thể xác định bằng các phương pháp thơng thường
Sau đây là hai kiểu quang hỏa kế chủ yếu
* Quang hỏa kế bức xạ tồn phần
Loại quang hỏa kế này do cơng suất phát xạ tồn phần của vật đen, thí dụ cửa sổ một lị luyện kim và ứng dụng định luật Stefan để suy ra nhiệt độ của vật
Dưới đây là sơ đồ của một loại quang hỏa kế kiểu này
Vật đen
λm
Vật xám
eλ
λ
H.12
Vật đen
Kim loại
eλ
H.13
Click to buy NOW!
w
w
w
.d oc u -tra c k.
co m
Click to buy NOW! w
w w
.d oc u -tra c k.
co m
Trang 3Thấu kính L trong suốt đối với mọi đơn sắc, hội tụ chùm tia bức xạ phát ra từ nguồn A (đóng vai trò của vật đen) vào một đĩa nhỏ k bằng bạc bôi đen Độ chói của ảnh A’ trên đĩa
k bằng độ chói của nguồn A Nhiệt độ của đĩa k được đo bằng một cặp nhiệt điện và một điện kế G có độ nhạy lớn Nhiệt độ này tỷ lệ với độ chói của ảnh A', do đó tỉ lệ với độ chói của vật đen A Bằng một băng đo mẫu nhiệt độ có sẵn, ta suy ra nhiệt độ của A bằng cách đọc độ chỉ trên điện kế G
Nếu A không phải vật đen thì nhiệt độ đo được chỉ là nhiệt độ bức xạ T’ của vật Nhiệt
độ thực của A là T =Ġ với b là độ đen của A
* Quang hỏa kế đơn sắc
Thấu kính L1 của quang hỏa hội tụ chùm tia sáng phát ra từ nguồn A, tạo thành một ảnh A’ nằm trong mặt phẳng của dây tóc bóng đèn L Bản ( là một kính lọc màu chỉ cho màu đỏ lân cận độ dài sóng, thí dụ 0,66(, đi qua Khi quan sát ta thấy ảnh của dây tóc bóng đèn nằm trên một nền, sáng hơn hoặc tối hơn, đó là ảnh của A Điều chỉnh biến trở R cho tới khi ta thấy ảnh của dây tóc bóng đèn biến mất trên nền đỏ ảnh của A Khi đó độ chói của nguồn bức xạ A và của dây tóc bóng đèn bằng nhau ở các độ dài sóng lân cận 0,66( Đọc độ chỉ trên điện kế G và nhờ một bảng đo mẫu có trước, ta suy ra nhiệt độ của nguồn bức xạ A
Nếu nguồn bức xạ A là vật đen thì nhiệt độ đo được là nhiệt độ thực của A
Nếu A không phải là vật đen thì nhiệt độ đo được Ta không phải là nhiệt độ thực của A
G
A
l
L
p
R
A ’
H.15
B
A
A ’
H.14
L
Click to buy NOW!
w
w
w
.d oc u -tra c k.
co m
Click to buy NOW! w
w w
.d oc u -tra c k.
co m
Trang 4eλ, T = Eλ, Ta Với các nhiệt độ nhỏ hơn 3000o và với ánh sáng thấy được ta có thể dùng công thức đơn giản của Wien thay cho công thức Planck
Vậy : ĉ với C1 = 2hc2
C2 =
k hc
Suy ra : Log aλ, T + 2 1 1⎟⎟=0
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
T T
C
a
λ
Từ đó suy ra nhiệt độ thực của A
T a
a
Loga T hc k
T T
,
=
Thí dụ đối với vật bức xạ là một sợi dây tungsten nung tới 2000ok thì nhiệt độ chói ứng với độ dài sóng 6650 Ao vào khoảng 1860ok
Click to buy NOW!
w
w
w
.d oc u -tra c k.
co m
Click to buy NOW! w
w w
.d oc u -tra c k.
co m
Trang 5Chương IX HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
§§1 THÍ NGHIỆM CĂN BẢN
Dùng một bản P bằng kẽm và gắn với một bình điện nghiêm như hình vẽ Tích điện vào bình Rọi vào bản P một chùm tia sáng giàu tia tử ngoại, ta thấy kết quả như sau : Nếu bình điện nghiêm được tích điện dương thì sự chiếu sáng trên không gây ra một tác dụng nào đối với điện tích của bình : f vẫn tách khỏi E như cũ
Nếu bình điện nghiêm được tích điện âm, ta thấy f khép lại khá nhanh, chứng tỏ điện tích của bình điện nghiêm, cũng như của bản P giảm đi và triệt tiêu : bình đã phóng điện
Bây giờ lại tích điện âm vào bản P và bình điện nghiêm nhưng đặt giữa nguồn sáng và bản P một bản thủy tinh (bản này có tính chất hấp thụ tia tử ngoại) Ta thấy sự phóng điện không xảy ra : f và E vẫn đẩy nhau
Từ thí nghiệm này, người ta kết luận : Ánh sáng tử ngoại khi chiếu tới bản kẽm đã làm bật ra các electron ở bản P, do đó điện tích âm ở bản P và ở bình giảm đi và triệt tiêu
Sự phóng thích electron gây ra bởi ánh sáng như vậy được gọi là hiệu ứng quang điện : các electron được phóng thích trong hiệu ứng này được gọi là quang điện tử Hiệu ứng này được khám phá bởi Hertz năm 1887
§§2 TẾ BÀO QUANG ĐIỆN
Dụng cụ chính để khảo sát hiện tượng quang điện là tế bào quang điện Đó là một bóng
trong suốt không cản tia tử ngoại, bên trong bóng hầu như là chân không và gồm có :
- Một cathôd C (bản âm cực) là một lớp kim loại tinh chất mà ta muốn khảo sát
- Một anôd A (bản dương cực) là một thanh kim loại (có thể là một vòng kim loại)
Anôd A được nối với một điện thế cao hơn điện thế ở cathod C
Do đó khi rọi vào cathod một chùm tia sáng thích hợp, làm bật ra các electron thì những electron này sẽ bị hút về phía anod tạo thành một dòng electron di chuyển
H.2
P
•
Click to buy NOW!
w
w
w
.d oc u -tra c k.
co m
Click to buy NOW! w
w w
.d oc u -tra c k.
co m