Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 9 - GV. Nguyễn Như Xuân

Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 9: Quang lượng tử trình bày các khái niệm và đại lượng cơ bản về bức xạ nhiệt, các định luật về bức xạ nhiệt, thuyết lượng tử của Planck, thuyết photon của Einstein, hiệu ứng Compton.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 9 - GV. Nguyễn Như Xuân HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƢ BỘ MÔN VẬT LÝ NGUYỄN NHƢ XUÂNVẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 2 Chương 9: QUANG LƢỢNG TỬI – Các khái niệm và đại lượng cơ bản về bức xạ nhiệtII – Các định luật về bức xạ nhiệtIII – Thuyết lượng tử của PlanckIV – Thuyết photon của EinsteinV – Hiệu ứng Compton I – CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN1 – Bức xạ nhiệt: Là những bức xạ mà năng lượng cung cấp cho vật bức xạ là nhiệt BXN năng. Đặc điểm:  Là dạng bức xạ phổ Nhiệt năng biến nhất, xảy ra ở mọi nhiệt độ.  Là bức xạ cân bằng. I – CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN 2 – Năng suất phát xạ: dWp (, T) Năng suất phát xạ đơn sắc: r ,T  dS.d r (,T): Năng suất phát xạ đơn sắc ( W/m2) dWP(,T): Năng thông bức xạ tần số  phát ra từ diện tích dS (năng lượng phát ra từ dS trong một giây)• Năng suất phát xạ toàn phần:  R T   r(, T)d 0 RT: năng suất phát xạ toàn phần (W/m2) I – CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢNÝ nghĩa của năng suất phát xạ: Năng suất phát xạ đơn sắc: cho biết năng lượng do một đơn vị diện tích mặt ngòai của vật phát ra trong một đơn vị thời gian, ở nhiệt độ T, ứng với bước sóng . Năng suất phát xạ toàn phần: cho biết năng lượng do một đơn vị diện tích mặt ngòai của vật phát ra trong một đơn vị thời gian, ở nhiệt độ T, ứng với mọi bước sóng. csphatxa P R  dientich S I – CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN3 – Hệ số hấp thụ đơn sắc: dWt (, T) dS a(, T)  dW(, T)dW(,T): năng thông gởi tới diện tích dSdWt(,T): năng thông do dS hấp thua(,T): hệ số hấp thụ đơn sắc Thực tế: a(,T) < 1 Vật đen tuyệt đối: a(,T) = 1 II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆT1 – Định luật Kirchhoff: Tỉ số giữa năng suất r(,T)phát xạ đơn sắc và hệ số  f (,T)hấp thu đơn sắc của a(,T)cùng một vật ở nhiệt độnhất định là một hàm chỉ f(,T): hàm phổ biến.phụ thuộc vào tần số bức Đối với vật đen tuyệtxạ  và nhiệt độ T mà đối: f(,T) = r(,T).không phụ thuộc vàobản chất của vật đó. II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆTKhảo sát năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đốibằng thực nghiệm: Bố trí thí nghiệm: G f(,T) T3 > T2 > T1 m1 m3  0 II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆT Kết quả - Nhận xét: Năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ khác nhau thì khác nhau và tăng nhanh khi nhiệt độ tăng. Năng suất phát xạ của vật đen tuyệt đối phân bố không đồng đều theo bước sóng. f(,T) Cực đại của năng suất T3 > T2 > T1 phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối dịch chuyển về miền tần số 0 m1 m3  cao khi nhiệt độ tăng. II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆT 2 – Định luật Stefan – Boltzmann: Năng suất phát x toàn phần của vật đen tuyệt đối tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối của vật đó. R T  T 4 với  = 5,67.10 – 8 W/m2K4 gọi là hằng số Stefan - BoltzmannMở rộng: Nếu không phải vật đen tuyệt đối thì: RT = T4 II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆT 3 – Định luật Wien Bước sóng m ứng với cực đạicủa năng suất phát xạ đơn sắc bcủa vật đen tuyệt đối tỉ lệ nghịch m với nhiệt độ tuyệt đối của vật. T f(,T) T3 > T2 > T1 Với b = 2,9.10 – 3 (mK), gọi là hằng số Wien m1 m3  0 II – CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ BỨC XẠ NHIỆT4 – Công thức Rayleigh - Jeans 22 Phù hợp với thực nghiệmf (, T)  2 kT ở vùng tần số rất thấp. c Đường cong thực lý thuyết Rayleigh - Jeans f(,T) Đường cong thực nghiệm 0 III – THUYẾT LƢỢNG TỬ CỦA PLANCK 1 –Những cơ sở của thuyết lượng tử: Kết quả khảo sát thực nghiệm về bức xạ của vật đen tuyệt đối đã có, đã rút ra được các định luật, nhưng chưa có lời giải thích thỏa đáng. Đặt vấn đề: Dạng hàm f(,T) như thế nào để phù hợp với thực nghiệm? Tại sao quan điểm của Vật lý ...