zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 6: Quang học lượng tử

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 6: Quang học lượng tử. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Sự bức xạ nhiệt, các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối (không chứng minh), công thức Planck, thuyết photon của Einstein. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm những nội dung chi tiết!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 6: Quang học lượng tử

Phần 2. VẬT LÝ LƯỢNG TỬ Chương 6 QUANG HỌC LƯỢNG TỬ 6.1. Sự bức xạ nhiệt 6.2. Các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối (không chứng minh) 6.3. Công thức Planck 6.4. Thuyết photon của Einstein
6.1. Sự bức xạ nhiệt 1. Những khái niệm mở đầu Sóng điện từ do các vật phát ra gọi là bức xạ. Bức xạ điện từ phát ra do kích thích nhiệt gọi là bức xạ nhiệt. + Mọi vật có T > 0K đều phát bức xạ nhiệt. + Bức xạ đơn sắc là bức xạ có tần số (bước sóng) xác định. + Bức xạ toàn phần là tập hợp của tất cả các bức xạ đơn sắc khác nhau.
6.1. Sự bức xạ nhiệt 1. Những khái niệm mở đầu + Trong thời gian dt, năng lượng nhiệt hệ hấp thụ bằng năng lượng nhiệt hệ bức xạ  E = const  T = const  Bức xạ nhiệt cân bằng 2. Các đại lượng đặc trưng a. Các đại lượng đặc trưng của phát xạ Năng suất phát xạ toàn phần • Xét vật ở nhiệt độ T
6.1. Sự bức xạ nhiệt a. Các đại lượng đặc trưng của phát xạ • Trong một đơn vị thời gian, phần tử diện tích dS của vật phát ra năng lượng bức xạ toàn phần 𝒅(𝑻)  Năng suất phát xạ toàn phần của vật ở T d(T) d (T ) W R(T )   2 dS dS m T • Định nghĩa: Năng suất phát xạ toàn phần của vật ở nhiệt độ T là đại lượng về trị số bằng năng lượng bức xạ toàn phần do một đơn vị diện tích của vật phát ra trong một đơn vị thời gian ở nhiệt độ T.
6.1. Sự bức xạ nhiệt a. Các đại lượng đặc trưng của phát xạ Năng suất phát xạ đơn sắc • Trong một đơn vị thời gian, các bức xạ đơn sắc có bước sóng    + 𝒅 do một đơn vị diện tích phát ra năng lượng bức xạ 𝒅𝑹 𝑻 d(T)  dR(T )  r ( , T )d T dS=1đvdt Năng suất phát xạ đơn sắc Đơn vị: W/m3
6.1. Sự bức xạ nhiệt 2. Các đại lượng đặc trưng Nhận xét: 𝒓 , 𝑻 phụ thuộc bản chất, nhiệt độ của vật và bước sóng của bức xạ đơn sắc b. Các đại lượng đặc trưng của hấp thụ Hệ số hấp thụ toàn phần d(T) • Xét vật ở nhiệt độ T • Trong một đơn vị thời gian, năng lượng bức xạ T dS = 1đvdt toàn phần gửi đến một đơn vị diện tích (dS =1đvdt) của vật là 𝒅(𝑻), vật hấp thụ 𝒅′(𝑻)
6.1. Sự bức xạ nhiệt 2. Các đại lượng đặc trưng d ' (T ) Hệ số hấp thụ toàn phần ở nhiệt độ T: a (T )  d (T ) Hệ số hấp thụ đơn sắc • Nhận thấy: + Bức xạ toàn phần gửi đến gồm nhiều bức xạ đơn sắc khác nhau, khả năng hấp thụ năng lượng của vật ứng với các bức xạ đơn sắc khác nhau thì khác nhau.
6.1. Sự bức xạ nhiệt Hệ số hấp thụ đơn sắc Trong một đơn vị thời gian, các bức xạ đơn sắc có bước sóng    + 𝒅 gửi tới một đơn vị diện tích của vật năng lượng 𝒅 , 𝑻 nhưng vật chỉ hấp thụ 𝒅′ , 𝑻 .  Hệ số hấp thụ đơn sắc ở nhiệt độ T ứng với bước sóng : d ' (  , T ) a ( , T )  d (  , T )
6.1. Sự bức xạ nhiệt 2. Các đại lượng đặc trưng Mô hình vật  a (T)  1; a (, T)  1 đen tuyệt + a (, T) < 1  : vật xám đối + a (, T) = 1  : vật đen tuyệt đối  Vật đen tuyệt đối là vật hấp thụ hoàn toàn năng lượng của mọi chùm bức xạ chiếu tới 3. Định luật Kirchhoff Định luật Kirchhoff: Tỉ số giữa năng suất phát xạ đơn sắc và hệ số hấp thụ đơn sắc của một vật ở một nhiệt độ nhất định là một hàm chỉ phụ thuộc bước sóng bức xạ và nhiệt độ mà không phụ thuộc vào bản chất của vật.
6.1. Sự bức xạ nhiệt 3. Định luật Kirchhoff r1 ( , T ) r2 ( , T )   ...  f ( , T ) a1 ( , T ) a2 ( , T ) r ( , T )  f ( , T ) a ( , T ) 𝒇 , 𝑻 : hàm phổ biến
6.1. Sự bức xạ nhiệt 3. Định luật Kirchhoff Hệ quả: • Vật đen tuyệt đối 𝒓 𝑽Đ𝑻Đ , 𝐓 = 𝒇(, 𝐓)  Hàm phổ biến ứng với bức xạ có bước sóng , ở nhiệt độ T chính là năng suất phát xạ đơn sắc của một vật đen tuyệt đối ứng với bức xạ đó ở nhiệt độ T. • Vật bất kỳ (vật xám) 𝒓 𝑽𝑿 , 𝑻 < 𝒇(, 𝐓)  𝒓 𝑽𝑿 , 𝑻 < 𝒓 𝑽Đ𝑻Đ (, 𝐓)
6.1. Sự bức xạ nhiệt Hệ quả:  Sự phát xạ của một vật xám ứng với bước sóng  xác định bao giờ cũng yếu hơn sự phát xạ của vật đen tuyệt đối ứng với cùng bước sóng đó và ở cùng nhiệt độ với nó.  Ở nhiệt độ cao, khi mọi vật có thể phát sáng, vật đen tuyệt đối sáng nhất, vật trong suốt, tán xạ, phản xạ mạnh tối hơn cả. • Vật bất kỳ (vật xám) 𝒓 𝑽𝑿 , 𝑻 = 𝒂 𝑽𝑿 , 𝑻 . 𝒓 𝑽Đ𝑻Đ (, 𝐓)
6.1. Sự bức xạ nhiệt Hệ quả:  Muốn một vật phát ra một bức xạ thì vật phải có khả năng hấp thụ bức xạ ấy, đồng thời vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độ cũng phải phát ra bức xạ ấy. Mà vật đen tuyệt đối không phát bức xạ ở nhiệt độ thường  Ở nhiệt độ thường các vật không phát ra bức xạ thấy được.
6.1. Sự bức xạ nhiệt 3. Định luật Kirchhoff * Đường đặc trưng phổ phát xạ của vật đen tuyệt đối 𝒇(,T) ( m: Bước sóng tại đó 𝑻𝟑> 𝑻𝟐> 𝑻𝟏 𝐟 , 𝐓 𝐦𝐚𝐱 𝑻𝟐 𝑻𝟏  Vật đen tuyệt đối phát xạ mạnh nhất bức xạ có bước sóng m )   𝒎𝟑  𝒎𝟏  𝒎𝟐
6.2. Các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối 1. Định luật Stefan- Boltzmann • Phát biểu: Năng suất phát xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật đó. ( = 5,67.10-8 W/m2K4 R (T )  T 4 hằng số Stefan – Boltzmann) • Chú ý: + Vật không phải đen tuyệt đối (vật xám), năng suất phát xạ toàn phần: R (T )  aT ' 4
6.2. Các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối 1. Định luật Stefan- Boltzmann (a là hệ số hấp thụ của vật xám - tỉ số giữa năng suất phát xạ toàn phần của vật xám và của VĐTĐ ở cùng nhiệt độ) + Công suất phát xạ của mặt có diện tích S của vật: P  S .R(T ) PVX  S .R (T ) ' + Năng lượng mà diện tích S của vật phát xạ trong thời gian t: Q  t.P  t.S .R(T ) QVX  t.PVX  t.S .R (T ) '
6.2. Các định luật phát xạ của vật đen tuyệt đối 2. Định luật Wien • Phát biểu: Đối với vật đen tuyệt đối bước sóng của chùm bức xạ đơn sắc mang nhiều năng lượng nhất tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của vật 𝒇(,T) mT = b 𝑻𝟑> 𝑻𝟐> 𝑻𝟏 với b = 2,898.10-3mK: Hằng số Wien 𝑻𝟐 ( m: Bước sóng tại đó 𝒇 , 𝑻 𝐦𝐚𝐱 𝑻𝟏  Vật đen tuyệt đối phát xạ mạnh nhất bức xạ có bước sóng m )   𝒎𝟑  𝒎𝟏  𝒎𝟐
6.3. Công thức Planck 1. Thất bại của thuyết sóng ánh sáng khi giải thích hiện tượng bức xạ nhiệt • Theo quan điểm sóng ánh sáng, nguyên tử và phân tử hấp thụ và phát xạ năng lượng liên tục. • Rayleigh-Jeans  hàm phổ biến (năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối): 2 2 f ( , T )  2 kT (*) c (: Tần số của bức xạ đơn sắc, T: Nhiệt độ tuyệt đối k = 1,38.10-23 J/K : Hằng số Boltzmann)
6.3. Công thức Planck 1. Thất bại của thuyết sóng ánh sáng khi giải thích hiện tượng bức xạ nhiệt • Hạn chế của công thức Rayleigh-Jeans: + Ở vùng tần số lớn (bước sóng nhỏ) - vùng tử ngoại, công thức này cho kết quả sai lệch rất nhiều so với thực nghiệm.  Sự khủng hoảng vùng tử ngoại. + Từ (*)  năng suất phát xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ T là:   2 R (T )   f ( , T )d  2 kT  d  2 Vô lý 0 c 0
6.3. Công thức Planck 2. Thuyết lượng tử Planck • Các nguyên tử, phân tử phát xạ hay hấp thụ năng lượng của bức xạ điện từ một cách gián đoạn, phần năng lượng phát xạ hay hấp thụ luôn là bội số nguyên của một lượng nhỏ năng lượng xác định gọi là lượng tử năng lượng (quantum năng lượng).

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.