Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 5 - TS. Phạm Thị Hải Miền

Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 5 - TS. Phạm Thị Hải Miền có nội dung trình bày về: bức xạ nhiệt, các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối, thuyết lượng tử năng lượng Planck, thuyết lượng tử ánh sáng Einstein, hiệu ứng Compton. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 5 - TS. Phạm Thị Hải Miền CHƢƠNG 5 QUANG LƢỢNG TỬ1. BỨC XẠ NHIỆT 1.1. Bức xạ nhiệt 1.2. Vật đen tuyệt đối 1.3. Định luật Kirchhoff2. CÁC ĐỊNH LUẬT PHÁT XẠ CỦA VẬT ĐEN TUYỆT ĐỐI 2.1. Định luật Stéfan – Boltzmann 2.2. Định luật Wien3. THUYẾT LƢỢNG TỬ NĂNG LƢỢNG PLANCK4. THUYẾT LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG EINSTEIN5. HIỆU ỨNG COMPTON 1.1. BỨC XẠ NHIỆT• Bức xạ nhiệt là sóng điện từ do vật chất bị kích thích bởi tác dụngnhiệt phát ra.• Khi vật phát ra bức xạ, năng lượng của nó giảm  nhiệt độ của vậtgiảm. Và ngược lại.• Bức xạ nhiệt cân bằng – năng lượng vật phát ra bằng năng lượngvật thu vào  nhiệt độ của vật không thay đổi theo thời gian. Những đại lượng đặc trưng của sự bức xạ nhiệtNăng suất phát xạ toàn phần là năng lượng do một đơn vị diện tíchbề mặt của vật phát ra trong một đơn vị thời gian ở nhiệt độ T. d T  J W RT    2 dS  m s m  2Hệ số phát xạ đơn sắc là năng lượng do một đơn vị diện tích bề mặtcủa vật phát ra trong một đơn vị thời gian ở nhiệt độ T ứng với bướcsóng nằm trong khoảng (λ, λ+dλ). dRT  J W r ,T   m3 s  m 3  d  Hệ số phát xạ đơn sắc phụ thuộc bản chất và nhiệt độ vật, bước sóng λ.Hệ số hấp thụ toàn phần là tỉ số giữa năng lượng mà vật hấp thụđược với năng lượng bức xạ toàn phần được gửi đến vật. d  T aT   1 d THệ số hấp thụ đơn sắc là tỉ số giữa năng lượng mà vật hấp thụđược với năng lượng bức xạ toàn phần được gửi đến vật tại bướcsóng (, λ+dλ). d   ,T a ,T   1 d   ,THệ số hấp thụ đơn sắc phụ thuộc bản chất và nhiệt độ vật, bướcsóng λ của chùm đơn sắc gửi tới vật. 1.2. VẬT ĐEN TUYỆT ĐỐIVật đen tuyệt đối là vật hấpthụ hoàn toàn năng lượng củamọi chùm bức xạ đơn sắc gửitới nó. a ,T  1Trong tự nhiên không có vậtđen tuyệt đối, chỉ có vật có tínhchất gần với tính chất củaVĐTĐ. 1.3. ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF• Tỉ số giữa hệ số phát xạ đơn sắc và hệ số hấp thụ đơn sắc của mộtvật bất kỳ ở trạng thái bức xạ nhiệt cân bằng không phụ thuộc vàobản chất của vật đó, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nó và bước sóngcủa bức xạ. r ,T    ,T a ,T•   ,T là hàm số chung cho mọi vật nên được gọi là hàm số phổ biến.• Sự phát xạ của một vật bất kỳ (không đen) bao giờ cũng yếu hơn sựphát xạ của vật đen tuyệt đối (nói cách khác, vật hấp thụ càng mạnhthì bức xạ càng mạnh).• Điều kiện cần và đủ để một vật bất kỳ phát ra một bức xạ  nào đólà nó phải hấp thụ được bức xạ ấy và vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độvới nó cũng phải phát ra được bức xạ ấy. 2. CÁC ĐỊNH LUẬT PHÁT XẠ CỦA VĐTĐ2.1. Định luật Stéfan – Boltzmann: Năng suất phát xạ toàn phần của VĐTĐ tỷ lệ thuận với lũy thừa bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật đó: RT   T 4  = 5,67.108 W/(m2.K4) - hằng số Stéfan-Boltzmann. • Nếu vật không phải đen tuyệt đối: RT   T 4 α – hệ số hấp thụ của vật.2.2. Định luật Wien: Đối với VĐTĐ, bước sóng của chùm bức xạ đơn sắc mang nhiều năng lượng nhất tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của vật đó. b m  T b = 2,8978.103m.K - hằng số WienPHỔ PHÁT XẠ CỦA VẬT ĐEN TUYỆT ĐỐI 2 c   ,T   kT  4  Khủng hoảng vùng tử ngoại BÀI TẬP VÍ DỤ 1Trong quang phổ phát xạ của mặt trời, bức xạ mang năng lượng cựcđại có bước sóng 480 nm. Coi mặt trời là vật đen tuyệt đối và có bánkính 6,95. 108 m. Xác định công suất phát xạ toàn phần của mặt trời. Hướng dẫn giảiCông suất phát xạ toàn phần: P  RT S (1)Định luật Stéfan – Boltzmann: RT   T 4 4 b  b Định luật Wien: m   RT     (2) T  m Diện tích bề mặt mặt trời: S  4 R 2 (3) 4  b Thế (2) và (3) vào (1): P     .4 R 2  4, 6.10 26 W  m  ...