Bài giảng vật lý 2 chương 7 GV lăng đức sỹ

 Vào cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX con người đã phát hiện ra nhiều hiện tượng vật lý liên quan đến bản chất của các bức xạ điện từ, ví dụ như quá trình bức xạ nhiệt, hiện tượng quang đ

GIÁO TRÌNH VẬT LÝ 2

Bản chất của bức xạ điện từ!

 Bức xạ điện từ là một dạng sóng, hiện tượng giao thoa,

nhiễu xạ, phân cực, … đã chứng tỏ điều đó Những hiện tượng đó là cơ sở để chúng ta khẳng định ánh sáng nói chung là một sóng điện từ, nó thể hiện bản chất sóng

 Vào cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX con người đã phát hiện

ra nhiều hiện tượng vật lý liên quan đến bản chất của các bức xạ điện từ, ví dụ như quá trình bức xạ nhiệt, hiện tượng quang điện, hiệu ứng Compton, …

 Điều bất ngờ là những hiện tượng mới trên không thể giải

thích bằng lý thuyết sóng! Vậy, bản chất thực của các bức xạ điện từ là gì?

Bức xạ nhiệt

 Thực tế cho thấy, một vật

có nhiệt độ luôn phát ra các bức xạ điện từ, nhiệt

độ càng cao thì càng phát mạnh những bức xạ điện

từ có bước sóng ngắn

 Quang phổ thu được của quá trình này là quang phổ liên tục

Bức xạ nhiệt

 Theo mẫu BOHR, khi nguyên

tử chuyển từ trạng thái dừng

có mức năng lượng cao về

trạng thái dừng có mức năng

lượng thấp hơn sẽ phát ra một

bức xạ điện từ

 Năng lượng mà vật nhận vào dưới dạng nhiệt (tương tác

trong quá trình chuyển động nhiệt) thì quá trình bức xạ này được gọi là bức xạ vì nhiệt, hay gọi tắt là bức xạ nhiệt

 Bức xạ nhiệt luôn tự tiến đến một trạng thái cân bằng, khi

đó nhiệt độ của vật bức xạ không thay đổi (khi đó được gọi

là quá trình bức xạ nhiệt cân bằng)

Em

En

Các đại lượng đặc trưng

 Công suất phát xạ toàn phần: tổng năng lượng mà vật phát ra

dưới dạng bức xạ điện từ (tính với tất cả các tần số mà vật có thể phát ra) trong một đơn vị thời gian.

 

 dW

dt

 Năng suất phát xạ toàn phần: tổng năng lượng mà vật phát ra

dưới dạng bức xạ điện từ (tính với tất cả các tần số mà vật có thể phát ra) trong một đơn vị thời gian từ một đơn vị diện tích bề mặt (còn được gọi là mật độ công suất).

    

 2 

R T

Các đại lượng đặc trưng

 Năng suất phát xạ đơn sắc: tổng năng lượng mà vật phát ra

dưới dạng bức xạ điện từ ở tần số f ( chỉ tính với những bức

xạ điện từ có tần số f ) trong một đơn vị thời gian từ một đơn

vị diện tích bề mặt.

   dW f 

r f,T

dt.dS

 Ta có mối liên hệ:

     

0

R T r f,T df

Các đại lượng đặc trưng

 Hệ số hấp thụ đơn sắc: tỉ lệ phần trăm năng lượng hấp thụ so

với năng lượng chiếu tới đối với các bức xạ điện từ ở tần số f ( chỉ tính với những bức xạ điện từ có tần số f ).

   dW f ht   

a f,T

dW f

 Một vật có hệ số hấp thụ đơn sắc bằng 1 đối với mọi tần số và

mọi nhiệt độ được gọi là vật đen tuyệt đối

a f,T 1 ( f,T)

Định luật Kirchhoff

 Phát biểu: Tỉ 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 số phụ thuộc vào tần số bức xạ f và nhiệt độ T của vật, không phụ thuộc vào bản chất của vật.

 

          

r f,T r f,T

g f,T

a f,T a f,T

 Hàm số g(f,T) được gọi là hàm phổ biến Đối với vật đen

tuyệt đối nó chính là năng suất phát xạ đơn sắc

Bức xạ của vật đen tuyệt đối

 Bằng thực nghiệm, các nhà khoa học đã nghiên cứu bức xạ

của vật đen tuyệt đối

g(f,T)

f

T1

T2

2

O

Các định luật thực về bức xạ nhiệt

 Định luật Stefan - Boltzmann: Năng suất phát xạ toàn phần

của vật đen tuyệt đối tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối của vật.

 Định luật Wien: Trong bức xạ của vật đen tuyệt đối, bước

sóng của chùm bức xạ mang nhiều năng lượng nhất tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của vật.

T



8

W 5,67.10

m K

   3 

b 2,898.10 m.K

Hàm phổ biến của R-J

 Dựa vào thuyết sóng ánh sáng, Rayleigh và Jeans đã xây dựng

được hàm phổ biến:

    2  B

2

2 f

c

 Hàm phổ biến trên không mô tả được đúng thực nghiệm,

thậm chí còn cho một số kết quả tính toán vô lí

 Như vậy ta đưa đến kết luận: thuyết sóng về ánh sáng không

phù hợp để giải thích cũng như tính toán trong hiện tượng này (và một vài hiện tượng khác liên quan đến bức xạ)

Hàm phổ biến của Planck

 Năm 1900, Planck đã đưa ra những quan điểm mới về bức xạ

và hấp thụ năng lượng của vật chất đối với các bức xạ điện từ

từ đó xây dựng được hàm phổ biến:

    



B

2

k T

g f,T

c

 Hàm phổ biến của Planck giải thích thành công hiện tượng

bức xạ nhiệt Từ đó khẳng định tính đúng đắn và các quan điểm mới của Planck

Thuyết lượng tử của Planck

 Các phân tử, nguyên tử vật chất hấp thụ hay bức xạ năng

lượng của các bức xạ điện từ không liên tục mà thành từng phần gián đoạn, mỗi phần nhỏ đó được gọi là một lượng tử năng lượng.

 Đối với bức xạ điện từ xác định thì lượng tử năng lượng của

nó có giá trị:



hc

hf    34 

h 6,625.10 Js

Hiệu ứng quang điện

 Năm 1887, nhà bác học Hertz (Heinrich Rudolf Hertz, 1857

– 1894, nhà Vật lý học người Đức) đã phát hiện ra một hiện

tượng nhờ thực nghiệm: Khi chiếu bức xạ điện từ vào bề mặt một kim loại thì các electron trong kim loại bị bật ra ngoài Đó chính là hiệu ứng quang điện

 Bằng thực nghiệm, Hert và

Stoletov đã tìm ra được các

định luật quang điện

 Thuyết sóng về ánh sáng

không thể giải thích được

hiệu ứng quang điện

Thuyết photon của Einstein

 Bức xạ điện từ được cấu tạo bởi vô số các hạt gọi là lượng tử

ánh sáng hay photon.

 Với một ánh sáng có tần số và bước sóng xác định thì photon

có năng lượng:

  



hc

hf    34 

h 6,625.10 Js

 Photon truyền đi với vận tốc là c trong mọi môi trường.

 Cường độ chùm bức xạ tỉ lệ với mật độ photon

 Vật chất hấp thụ hay bức xạ các bức xạ điện từ chính là hấp

thụ hay bức xạ các photon.

Hiệu ứng Compton

 Năm 1892 Compton đã làm thí nghiệm bắn một chùm tia X

vào một số tính thể, kết quả cho thấy sau khi đi qua chùm tia

X bị tán xạ, xuất hiện những tia có bước sóng lớn hơn tia tới

'

    

2 C

2

  

 

12

 

Hiệu ứng Compton

 ’

p

'

p

e

p



0







12 C

0

h

2,426.10 m

m c

