CHƯƠNG 2: THUYẾT LƯỢNG TỬ

Hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ và phân cực của ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có bảnchất sóng nhưng quang học sóng đã bế tắc trong việc giải thích sự bức xạ nhiệt củavật đen và hiện tượng quang điện. Ðể giải thích được những hiện tượng trên ta phảisử dụng thuyết lượng tử của Planck và thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG 2: THUYẾT LƯỢNG TỬ CHƯƠNG 2 : THUYẾT LƯỢNG TỬ I. BỨC XẠ CỦA VẬT ÐEN 1. Bức xạ. 2. Ðặc điểm của bức xạ. 3. Ðịnh lý Stefan-Boltzmann về bức xạ 4. Vật đen. 5. Ðịnh luật Wien. II. THUYẾT LƯỢNG TỬ 1. Nội dung thuyết lượng tử của Planck. 2. Nội dung thuyết lượng tử của Einstein. 3. Ðịnh nghĩa cường độ sáng. III. HIỆU ỨNG QUANG ÐIỆN 1. Thí nghiệm. 2. Các định luật quang điện. 3. Giải thích các định luật quang điện. 4. Ứng dụng. IV. NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN V. TIA X 1. Thí nghiệm. 2. Cơ chế tạo thành tia X. VI. TÁN XẠ COMPTONVII. PHỔ NGUYÊN TỬ VÀ MẪU NGUYÊN TỬ CỦA BOHRVIII. SÓNG VẬT CHẤT IX. NHIỄU XẠ CỦA ÐIỆN TỬ X. HỆ THỨC BẤT ÐỊNH BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ và phân cực của ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có bản chất sóng nhưng quang học sóng đã bế tắc trong việc giải thích sự bức xạ nhiệt của vật đen và hiện tượng quang điện. Ðể giải thích được những hiện tượng trên ta phải sử dụng thuyết lượng tử của Planck và thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein. Phần quang học nghiên cứu những hiện tượng ánh sáng trên cơ sở những thuyết trên được gọi là quang học lượng tử. I. BỨC XẠ CỦA VẬT ÐEN (BLACKBODY-RADIATION) 1. Bức xạ (Radiation) TOP Bức xạ là hiện tượng mà một vật thể nào đó phát ra các sóng điện từ và sóng điện từ đó lan truyền trong không gian. Qúa trình phát và lan truyền sóng điện từ là qúa trình lan truyền năng lượng, như vậy các vật phát sóng điện từ phải chuyển đổi một dạngnăng lượng nào đó thành năng lượng sóng. Con người có thể làm cho các vật thể phátsóng điện từ bằng cách cung cấp năng lượng cho nó. Năng lượng có thể cung cấp chovật bằng tác dụng hoá học thí dụ như phản ứng cháy của phốt-pho trong không khí sẽphát sáng. Có thể dùng năng lượng cơ học khi cọ sát các vật để tạo ánh sáng, có thểdùng năng lượng của dòng điện để phát sóng điện từ. Nói chung phương pháp giảnđơn nhất là truyền nhiệt trực tiếp cho vật. Bức xạ nhiệt (Heat radiation) Bức xạ nhiệt là một qúa trình mà hệ biếnđổi nhiệt năng nhận được từ môi trường thành nội năng của hệ vật; Bức xạ nhiệt làdạng bức xạ phổ biến nhất tạo ra do các nguyên tử, phân tử của vật chất bị kích thíchbởi tác dụng nhiệt của các nguồn ngoài. Khi các nguyên tử, phân tử của vật chấtchuyển từ trạng thái kích thích trở về trạng thái cơ bản lúc đầu, nó sẽ phát ra sóngđiện từ (có thể dưới dạng ánh sáng). Người ta dùng khái niệm bức xạ nhiệt là để phânbiệt với bức xạ điện từ do điện trường và từ trường biến thiên tạo ra. Sự hấp thụ (ABSORPTION) bên cạnh quá trình bức xạ, vật thể có khả năngthu nhận ngay chính năng lượng của sóng điện từ do một hệ khác truyền qua nó. Qúatrình đó gọi là quá trình hấp thu sóng điện từ mà thường được gọi tắc là hấp thụ. Khivật phát ra bức xạ thì năng lượng của nó giảm và kéo theo là nhiệt độ của nó cũnggiảm. Ngược lại, khi vật hấp thụ bức xạ thì năng lượng của nó tăng và nhiệt độ củanó cũng tăng lên. Cân bằng nhiệt khi phần năng lượng của vật mất đi do bức xạ được bù lạibằng đúng phần năng lượng vật hấp thụ thì vật ở trạng thái cân bằng nhiệt lúc đónhiệt độ của vật sẽ không thay đổi theo thời gian. 2. Ðặc điểm của sự bức xạ TOP Như đã phân tích ở chương 1, năng lượng truyền đi bằng bức xạ không cầnthông qua một môi trường trung gian (ether chẳng hạn) mặc dù bức xạ có thể đượcchụp lại khi nó đi qua nhiều môi trường khác nhau. Sự khác biệt duy nhất giữa cácloại bức xạ là cường độ bức xạ ứng với mỗi tần số hoặc bước sóng khác nhau là khácnhau. Người ta phân loại bức xạ phát ra thông qua vùng bước sóng mà bức xạ đó phátra.Năng lượng vật chất mất đi trong một đơn vị thời gian do vật bức xạ được gọi là côngsuất bức xạ. Công suất bức xạ tùy thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật bức xạ. Nhiệtđộ tuyệt đối của vật càng thấp thì công suất bức xạ của vật cũng thấp và ngược lạinhiệt độ càng cao thì công suất bức xạ của vật càng cao. 3. Ðịnh lý Stefan-Boltzmann về bức xạ (Stefan- Boltzmann s law TOPof Radiation) Năm 1879, Josef Stefan qua nhiều thí nghiệm về bức xạ nhiệt, kết hợp vớinhững cơ sở lý thuyết do Ludwig Boltzmann đưa ra sau đó ít lâu, đã tổng kết thànhđịnh lý Stefan- Boltzmann: Công suất bứïc xạ nhiệt của một vật thì tỷ lệ với lũy thừabậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật bức xạ và diện tích bề mặt vật bức xạ. Bởi vì mọi vật đều phát ra các bức xạ nhiệt vào môi trường xung quanh chonên nó cũng đồng thời hấp thu bức xạ nhiệt từ các vật khác xung quanh nó; Thế nêncông suất bức xạ nhiệt biến đổi trên một vật đặt trong môi trường sẽ là: 4.Vật đen (Black-body) TOPVật đen là một vật có hệ số đặc trưng cho bức xạ hoặc hấp thụ bằng một Một vật nhận thêm nhiệt thì không những nó bức xạ mạnh hơn mà màu sắccủa nó cũng thay đổi rõ rệt, Ví dụ một thanh kim loại mỏng được đung nóng lâu sẽchuyển từ màu xám thành màu đỏ và dần dần thành màu cam.5. Ðịnh luật Wien TOPII. THUYẾT LƯỢNG TỬ CỦA PLANCK ( PLANCKS QUANTUMTHEORY) 1. Nội dung thuyết lượng tử Planck TOPNhững nguyên tử hay phân tử vật chất hấp thụ hay bức xạ năng lượng thành từngphần riêng biệt, gián đoạn, mỗi phần mang một năng lượng hoàn toàn xác định có độlớn 2. Nội dung thuyết lượng tử của Einstein TOPÐối với ánh sáng, một lượng tử năng lượng còn được gọi là một Phôtôn, Phôtôn khôngtồn tại ở trạng thái đứng yên, nó chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng,vì thế xung lượng và năng lượng của Phôtôn tuân theo công thức xung lượng và nănglượng tương đối là: Ngoài ra, theo quan điể ...