Bài tập nhóm môn Vật Lý đại cương: Bài Seminar

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP.HCM<br /> <br /> KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN<br /> <br /> BỘ MÔN : VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG<br /> <br /> <br /> GIẢNG VIÊN PHỤ TRÁCH: THẦY HÀ<br /> SIU<br /> 1. BEC<br /> <br /> 2. JOHN­DALTON (1766­1844)<br /> <br /> 3. Định Luật Phân Bố Phân Tử Theo Vận Tốc (Phân Bố Maxwell)<br /> <br /> 4. PHƯƠNG TRINH VAN DER WAALS<br /> ̀<br /> <br /> 5. PLASMA<br /> <br /> 6. SỰ PHÂN BỐ BOLTZMANN<br /> <br /> 7. CHỨNG MINH <br />  BEC<br /> 1.  Khái niệm: <br /> − Là trạng thái đặc biệt và còn khá mới lạ trong 5 trạng thái cơ bản của vật chất (Rắn,  <br /> lỏng, khí, plasma và BEC).<br /> − Có  thể  hình  dung trạng thái này như  một chất khí trong  đó  nguyên  tử  không còn <br /> chuyển động một cách hỗn độn nữa mà bị  buộc phải hoạt động trong một không gian  <br /> thống nhất hoàn toàn, cùng vận tốc, cùng phương, cùng hướng.<br /> − Ví dụ  đơn giản như  heli lỏng  ở nhiệt độ  cực thấp, các nguyên tử  cũng ngưng tụ  lại <br /> thành BEC (nhưng chỉ  được 10% trong số  đó thôi) làm cho Heli có tính siêu dẻo, có khả <br /> năng leo ngược lên thành cốc và bò ra ngoài.<br /> 2.  Quá trình nghiên cứu và phát triển: <br /> −  Lý thuyết:  Các hạt boson (là hạt có số lượng tử spin nguyên trong nguyên tử chất khí) <br /> tuân theo thống kê Bose­Einstein do Bose đề xướng(1920), sau đó được Einstein phát triển <br /> và hoàn thiện. Năm 1934, Einstein đã tiên đoán về  sự  tồn tại của trạng thái này sau khi  <br /> xảy ra sự ngưng tụ Bose­Einstein khi nhiệt độ của hệ khí đạt đến 0 độ tuyệt đối (0K).<br /> −  Thực nghiệm:  0K là 1 nhiệt độ  rất khó để  đạt được, do đó mãi đến cuối thế  kỷ  20,  <br /> nhờ  những tiến bộ trong kỹ thuật làm lạnh và giam nguyên tử  (làm lạnh bằng laze, bay <br /> hơi; từ trường, điện trường..), con người mới có thể chế tạo được BEC:<br /> Những năm 80 TK trước, ý tưởng làm lạnh bằng laze nhưng chưa đủ  lạnh để <br /> đạt đến trạng thái ngưng tụ.<br /> Làm lạnh bằng cách cho bay hơi các nguyên tử  còn ‘nóng’, sau khi chúng được <br /> giam trong 1 ‘bẫy từ’.<br /> Và thành công đầu tiên đã xuất hiện vào năm 1995  mà đáng ngạc nhiên là các <br /> trang thiết bị  cần thiết chỉ  đặt vừa đủ  trên một vài bàn thí nghiệm với tổng giá trị <br /> dưới 100.000 USD. Mở  đầu thế  kỷ  XXI, công trình chế  tạo BEC bằng phương pháp <br /> làm lạnh do bay hơi khối khí nguyên tử  loãng trong bẫy đã được tặng giải thưởng <br />  Nobel   cho   ba   nhà   vật   lý:   Eric   A.Cornell   (Mỹ),   Wolfgang   Ketterle   (Đức)   và   Carl <br /> E.Wieman (Mỹ) (năm 2001).<br /> Các nhà khoa học đã chế tạo BEC thành công từ các nguyên tử kiềm, Hidro hay  <br /> Heli; và cũng có thể từ các loại nguyên tử khác trong tương lai.<br /> 3.  Tính chất: <br /> −  Tính chất cơ bản:  Đó là một khối các hạt đồng nhất có spin nguyên(boson), chúng đều  <br /> ở trong cùng một trạng thái cơ bản như nhau. Chúng có cùng một trạng thái lượng tử, mô <br /> tả bằng cùng một hàm sóng, nghĩa là có cùng tần số, cùng bước sóng.<br /> −  Tính chất mới lạ: <br /> Một số tính chất bức xạ gần BEC có dạng mô phỏng bức xạ gần hố đen trong  <br /> Vũ Trụ.<br /> Trong một số điều kiện đặc biệt,ánh sáng truyền trong BEC có tốc độ giảm đi  <br /> hàng chục triệu lần so với trong chân không, nghĩa là chỉ còn vài m/s thậm chí vài cm/s.<br /> BEC có thể leo ngược lên thành cốc và bò ra ngoài.<br /> <br /> <br /> <br /> 4.  Ứng dụng : <br /> Việc tạo ra BEC đã mở đầu kỷ nguyên mới trong vật lý nguyên tử và vật lý trong trạng  <br /> thái ngưng tụ, đồng thời hứa hẹn những ứng dụng mới quan trọng trong công nghiệp. <br /> Chế  tạo laze nguyên tử. Các laze nguyên tử  được dùng để  tạo ra các giao thoa <br /> kế nguyên tử ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quang học nguyên tử, đo lường tinh vi, vi  <br /> phân tích...<br /> Chế  tạo các chip nguyên tử:  Với phương pháp quang khắc nano hiện đại, có  <br /> thể tạo ra các loại chip thực hiện các chức năng cực kỳ  đa dạng, dùng trong các giao  <br /> thoa kế, máy kỹ thuật toàn ảnh, kính hiển vi đầu dò quét và xử lý thông tin lượng tử...<br /> Vật liệu BEC với các tính chất đặc biệt, chắc chắn thời gian tới, sẽ  tạo ra  <br /> hướng công nghệ cao mới với hàng loạt cơ cấu linh kiện tinh vi mới, nhất là trong lĩnh <br /> vực nano.<br />  JOHN­DALTON (1766­1844)<br /> <br /> John­Dalton là một nhà vật lí­ hoá học người Anh  <br /> rất nổi tiếng. Ông sinh ra trong một gia đình nghèo nên <br /> không có điều kiện học tập và nghiên cứu, theo đuổi  <br /> ước   mơ   khoa   học   của   mình.   Nhưng   với   nghị   lực,  <br /> quyết   tâm,   năm   19   tuổi,   ông   đã   làm   hiệu   trưởng   1  <br /> trường   trung   học.   sau   này,   ông   nổi   tiếng   vì   những  <br /> đóng góp, lí giải của ông về  bệnh mù màu,… và đặc <br /> biệt là thuyết nguyên tử.  Lý thuyết về nguyên tử của <br /> Dalton là cơ sở để xây dựng các lý thuyết khác về nguyên tử sau này.<br /> <br /> <br /> ĐỊNH LUẬT DALTON<br /> <br /> <br /> Do nhà vật lí học và hoá học Anh Đantơn (J. Dalton) đề ra (1801 ­ 1803):<br /> <br /> <br /> 1. Áp suất của hỗn hợp những khí không hoá hợp với nhau, bằng tổng của các áp  <br /> suất riêng phần của từng khí trong hỗn hợp. Định luật được áp dụng gần đúng  <br /> cho khí thực ở áp suất thấp (tức là gần trạng thái lí tưởng).<br /> Xét một hỗn hợp khí gồm nhiều chất khí không phản ứng với nhau, ta có:<br />  Ở một nhiệt độ xác định, áp suất toàn phần của một hỗn hợp khí bằng tổng số <br /> áp suất riêng phần của các cấu tử của hỗn hợp.<br /> o ptoàn phần = p =p1+p2+….+pn= ∑pi<br />  Mỗi khí đều tuân theo PT khí lý tưởng:  <br /> Phân mol và áp suất riêng phần<br /> Phân mol xi của cấu tử i trong hỗn hợp khí là : xi = ni / ∑ni<br />  Áp suất riêng phần pi của mỗi cấu tử của hỗn hợp khí có thể tích V là áp suất mà <br /> cấu tử ấy gây ra khi đứng riêng một mình và cũng chiếm thể tích V ở cùng một nhiệt <br /> độ: pi = xip<br />  2. Ở  nhiệt độ  không đổi, độ  tan của mỗi khí (trong hỗn hợp khí) vào một khối  <br /> lượng xác định của dung môi tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần của nó trên dung  <br /> môi, không phụ  thuộc vào áp suất chung của hỗn hợp khí và hàm lượng các khí  <br /> khác. Định luật này chỉ  đúng cho những hỗn hợp khí có áp suất chung bé và độ <br /> tan của các khí không lớn.<br /> <br /> <br /> Ví  dụ: Khi  thu  giữ   khí  oxy bằng cách   đẩy qua <br /> nước vào trong một bình dốc ngược, sự  hiện diện  <br /> của hơi nước trong bình phải được xét đến khi tính  <br /> lượng   oxy   thu   được.   Cách   điều   chỉnh   được   thực <br /> hiện dễ dàng bằng việc dùng định luật Dalton về áp  <br /> suất riêng phần.<br />  Định Luật Phân Bố Phân Tử Theo Vận Tốc<br /> (Phân Bố Maxwell)<br /> <br /> James   Clerk   Maxwell (sinh   ngày   13   tháng   6   năm   1831   tại <br /> Edinburgh, Scotland – mất ngày 5 tháng 11 năm 1879) là một  nhà toán <br /> học, một nhà vật lý học người Scotland. Có thể nói Maxwell là nhà vật  <br /> lý học có ảnh hưởng nhất tới nền vật lý của thế kỉ 20, người đã đóng <br /> góp vào công cuộc xây dựng mô hình toán học hiện đại.   Trong số <br /> những công trình nổi tiếng của ông có công trình nghiên cứu về sự phân bố phân tử khí  <br /> theo vận tốc (1859).<br />    <br />   Maxwell đã giải quyết thành công bài toán phân bố trên bằng những lý luận như <br /> sau: “nếu thành bình chứa khí là bất động (V=const) và không xuyên thấm với các hạt <br /> phân tử  (N=const) nhưng cho phép trao đổi nhiệt giữa khí và xung quanh, thì sau một <br /> thời gian nhất định trong bình đạt trạng thái cân bằng.”<br /> Sử dụng phương pháp thống kê, Maxwell đã tìm được: số phân tử dn có vận tốc <br /> trong khoảng dv từ v đến v + dv trong tổng số phân tử  khí ở  nhiệt độ đồng đều T và  <br /> không đặt trong trường lực nào, theo công thức:<br /> <br /> <br />         <br />    Trong đó : <br />  m: Khối lượng một phân tử.<br />  k: Hằng số Boltzmann ( k = 1,3824.10­23 J/K).<br />  : hàm phân bố Maxwell.<br /> Thông số T ở đây đặc trưng cho tập thể hạt nói chung, và đồ thị hàm số phân bố <br /> theo hình vẽ dưới đây: <br />            Khi điều kiện tiếp xúc nhiệt trên biên ngăn cách  <br /> giữa khí và môi trường bị  thay đổi thì chính hàm phân <br /> bố bị thay đổi theo. <br /> Ví dụ thay vì tiếp xúc đẳng nhiệt (a) lại xảy ra tiếp xúc  <br /> đoạn nhiệt (b), nghĩa là loại trừ  mọi sự  trao đổi năng  <br /> lượng   dưới   bất   kỳ   hình   thức   nào,   thì   nội   năng   toàn <br /> phần Etp sẽ  giữ  nguyên giá trị  chính xác của mình, chứ <br /> không phải là trung bình. Khi đó hàm phân bố  có dạng <br /> cực kỳ giản đơn: (về hình thức là ứng với T →  ∞) f(v) =  <br /> const là một đường thẳng. Tất cả các độ  lớn vận tốc v  <br /> đều có cùng xác suất như nhau.<br /> <br /> <br /> Lần đầu tiên trong lịch sử  vật lý học, một công thức một công thức được rút ra  <br /> hoàn toàn dựa vào xác suất thống kê, tuy nhiên công thức lại rất chính xác. Điều này đã  <br /> được nhà vật lý học người Đức Otto Term kiểm chứng bằng thực nghiệm năm 1920<br /> (hơn 60 năm sau khi hàm phân bố Maxwell ra đời).<br /> <br /> <br /> Phân bố  Maxwell của các phân tử  theo vận tốc <br /> (đồ thị). Với sự tăng nhiệt độ, số lượng các phân <br /> tử nhanh sẽ tăng lên nhưng điện tích dưới đường <br /> cong vẫn giữ nguyên không đổi.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Từ  hàm phân bố trên Maxwell đã đưa ra kết luận tổng quát sau: “Vận tốc được  <br /> phân bố  giữa các hạt theo cùng một quy luật như  quy luật phân bố  sai số  quan sát <br /> (phân phối chuẩn). Vận tốc nằm trong khoảng [0,+∞) nhưng số phân tử có vận tốc quá  <br /> lớn hay quá bé tương đối ít”. Điều đặc biệt là phân bố này không rút ra từ lối suy nghĩ  <br /> nhân quả thông thường mà dựa trên những tính chất đối xứng của vật lý. Từ chỗ yêu  <br /> cầu của hệ vật lý thỏa mãn một số đối xứng nào đó ta đi đến một số tính chất ở dạng  <br /> thực nghiệm. Về phương pháp mà nói thì tư  tưởng này còn có ý nghĩa rất quan trọng <br /> đối với cơ học lượng tử, khi mà nói chung người ta không giải thích chính xác được  mà  <br /> chỉ có thể đón nhận tính chất thực nghiệm dựa trên tính chất đối xứng của nó.<br />  Có thể nói ngày khai sinh ra “bức tranh thống kê trong vật lý học” ngày 21 tháng 9  <br /> năm 1859 khi James Clerk Maxwell báo cáo kết quả của mình tại phiên họp của Hội hỗ <br /> trợ phát triển khoa học Anh.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> PHƯƠNG TRINH VAN DER WAALS<br /> ̀<br /> <br /> Johannes Diderik Van der Waals (23 tháng 11 năm 1837 ­ 08 <br /> tháng ba 1923) là một nhà vật lý lý thuyết và nhiệt động học Hà <br /> Lan  nổi   tiếng  cho  công  việc  của   mình   trên   một  phương  trình  <br /> trạng thái khí và lỏng.<br /> Tên của ông chủ yếu là liên quan đến phương trinh Van der ̀  <br /> Waals.   Ông   trở   thành   giáo   sư   vật   lý   đầu   tiên   của   Đại   học <br /> Amsterdam, khi nó mở  cửa vào năm 1877 và giành  giai Nobel vât ̉ ̣ <br /> lý vào năm 1910.<br /> <br /> <br /> PHƯƠNG TRINH VAN DER WAALS<br /> ̀<br /> Phương trinh Van der Waals la ph<br /> ̀ ̀ ương trinh trang thai cua khi th<br /> ̀ ̣ ́ ̉ ́ ực do Johannes  <br /> Diderik Van der Waals đê xuât năm 1873, d<br /> ̀ ́ ựa trên hai gia thuyêt:<br /> ̉ ́<br />  Cac phân t<br /> ́ ử khi co kich th<br /> ́ ́ ́ ươc nhât đinh.<br /> ́ ́ ̣<br />  Cac phân t<br /> ́ ử hut nhau băng l<br /> ́ ̀ ực co ban kinh tac dung ngăn.<br /> ́ ́ ́ ́ ̣ ́<br />  Sự sai khac c<br /> ́ ơ ban gi<br /> ̉ ưa khi ly t<br /> ̃ ́ ́ ưởng va khi th<br /> ̀ ́ ực vê l̀ ực tương tac gi<br /> ́ ưa cac phân t<br /> ̃ ́ ử  <br /> đa đ<br /> ̃ ược Van der Waals vân dung đê hiêu chinh ph<br /> ̣ ̣ ̉ ̣ ̉ ương trinh trang thai khi ly t<br /> ̀ ̣ ́ ́ ́ ưởng do  <br /> tac dung cua l<br /> ́ ̣ ̉ ực tương tac tông h<br /> ́ ̉ ợp giưa cac phân t<br /> ̃ ́ ử  la l<br /> ̀ ực đây hoăc la l<br /> ̉ ̣ ̀ ực hút. Từ đó <br /> ông đa xac lâp đ<br /> ̃ ́ ̣ ược phương trinh trang thai cua khi th<br /> ̀ ̣ ́ ̉ ́ ực (1873) mang tên phương trinh ̀  <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Van der Waals:<br /> Phương trinh trên goi la ph<br /> ̀ ̣ ̀ ương trinh Van der Waals đôi v<br /> ̀ ́ ới môt mol khi th<br /> ̣ ́ ực.  <br /> Trong đo: <br /> ́<br />  p: Áp suât.<br /> ́<br />  V:  Thê tich.<br /> ̉ ́<br />  T: Nhiêt đô tuyêt đôi.<br /> ̣ ̣ ̣ ́<br />  R: Hăng sô khi li t<br /> ̀ ́ ́ ́ ưởng.<br />  a va b: Cac hăng sô xac đinh băng th<br /> ̀ ́ ̀ ́ ́ ̣ ̀ ực nghiêm, đăc tr<br /> ̣ ̣ ưng cho kich th<br /> ́ ươc va<br /> ́ ̀ <br /> lực tương tac gi<br /> ́ ưa cac phân t<br /> ̃ ́ ử  cua t<br /> ̉ ưng loai khi, đ<br /> ̀ ̣ ́ ược goi la cac hăng sô<br /> ̣ ̀ ́ ̀ ́ <br /> Van der Waals.<br /> Phương trinh Van der Waals đem lai nhiêu tac dung th<br /> ̀ ̣ ̀ ́ ̣ ực tê. Khi li t<br /> ́ ́ ́ ưởng măc du la<br /> ̣ ̀ ̀ <br /> môt mô hinh ly thuyêt đăc biêt h<br /> ̣ ̀ ́ ́ ̣ ̣ ưu hiêu trong vât ly nh<br /> ̃ ̣ ̣ ́ ưng đa đ ̃ ược đơn gian hoa đên<br /> ̉ ́ ́ <br /> mưc tôi đa. Mô hinh nay t<br /> ́ ́ ̀ ̀ ương  ưng v́ ơi chât khi co mât đô nho đên nôi t<br /> ́ ́ ́ ́ ̣ ̣ ̉ ́ ̃ ương tac gi<br /> ́ ữa <br /> cac phân t<br /> ́ ử cua no va kich th<br /> ̉ ́ ̀ ́ ươc cua cac phân t<br /> ́ ̉ ́ ử không đong bât ki vai tro gi. Trong khi<br /> ́ ́ ̀ ̀ ̀  <br /> đo ph<br /> ́ ương trinh Van der Waals t<br /> ̀ ương  ưng v ́ ơi mô hinh th<br /> ́ ̀ ực tê h<br /> ́ ơn nhiêu. Trong mô<br /> ̀  <br /> hinh Van der Waals, cac phân t<br /> ̀ ́ ử  la cac qua câu c<br /> ̀ ́ ̉ ̀ ứng tuyêt đôi co đ<br /> ̣ ́ ́ ường kính rât nhó ̉ <br /> nhưng hưu han ma gi<br /> ̃ ̣ ̀ ưa chung chiu tac dung cua cac l<br /> ̃ ́ ̣ ́ ̣ ̉ ́ ực hut t ́ ương hô giam nhanh theo<br /> ̃ ̉  <br /> khoang cach.<br /> ̉ ́<br /> Phương trình Van der Waals đuợc sử  dụng cực kỳ  rộng rãi trong vật lý và kỹ <br /> thuật. Phương trình này mô tả toàn bộ bức tranh dáng điệu của một chất từ trạng thái  <br /> khí đến trạng thái lỏng. Nó không phức tạp và dễ sử dụng. Một điều rất quan trọng là  <br /> nó dựa trên cơ sở của một mô hình chất đơn giản nhưng mang tính thực tế  và có thể <br /> đưa ra cách giải thích mang tính thuyết phục.<br /> Với sự xuất hiện phương trình trạng thái của khí thực sinh ra cả điều bí ẩn của <br /> phương trình này. Vấn đề  là  ở  chỗ  một mặt chính Van der Waals không đưa ra kết  <br /> luận chặt chẽ  của mình. Nói đúng hơn là ông phỏng đoán câu trả  lời và phỏng đoán <br /> dựa trên cơ sở những lập luận giống như thật nhưng hoàn toàn không chặt chẽ. Mặt  <br /> khác, chưa có một ai thu được kết luận toán học chặt chẽ của phương trình này. Tất  <br /> nhiên, phương trình này không có cơ sở lý thuyết vững chắc nhưng tỏ ra hết sức đúng  <br /> đắn. Một số nhà vật lý thậm chí còn phát hiện ở đây một sự thần bí nào đó.<br /> Vi vây cho đ<br /> ̀ ̣ ến nay, điều bí  ẩn của phưong trình Van der Waals vẫn chưa có lời  <br /> giải đáp đầy đủ.<br />  PLASMA<br /> <br /> <br /> Mặt          Trước kia người ta cho rằng vật chất chỉ tồn tại  <br /> trời   tồn   tại   ở  ba dạng: rắn (solid), lỏng (liquid) và khí (gas). Mãi  <br /> ở dạng plasma  cho đến gần đây thì người ta mới phát hiện ra ngoài <br /> ba dạng tồn tại trên vật chất còn tồn tại ở dưới một  <br /> dạng khác gọi là Plasma. Vậy Plasma là gì?<br /> <br />                Plasma là trạng thái thứ  tư  của vật chất (các <br /> trạng   thái   khác   là rắn, lỏng, khí)   trong   đó   các   chất <br /> bị ion   hóa mạnh.   Đại   bộ   phận phân   tử hay  nguyên <br /> tử chỉ   còn   lại hạt   nhân;   các electron chuyển   động <br /> tương đối tự do giữa các hạt nhân.<br /> <br /> <br /> Một chất  ở  thể  rắn (ta có nói nó  ở  pha rắn), cứ  tiếp tục cung cấp nhiệt nó sẽ <br /> chuyển sang pha lỏng (hóa lỏng), và rồi sẽ chuyển sang pha khí (hóa hơi). Đối với một  <br /> số chất bền nhiệt như vonfram, nhiệt hóa hơi của nó rất cao, cỡ 5000C. Tuy nhiên, nếu <br /> ta cứ tiếp tục nung nóng, lên đến nhiệt độ cỡ 20000C thì tại đây, bất cứ chất nào cũng <br /> sẽ  chuyển sang trạng thái thứ  tư  “Plasma”. Vì vậy, Plasma không phổ  biến trên Trái <br /> Đất. Tuy nhiên trên 99% vật chất thấy được trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma, vì <br /> thế  trong bốn trạng thái vật chất, plasma được xem như  trạng thái đầu tiên trong vũ <br /> trụ.<br /> <br /> <br /> Plasma là sự tụ họp của các hạt (chủ yếu là các electron và ion) có cùng một tính  <br /> chất (ví dụ  như  sóng) thống trị  và quyết định sự  hoạt động của hệ  thống. Plasma là  <br /> một hỗn hợp khí ion hóa, trong đó bao gồm các hạt mang điện như electron, ion, và kể <br /> cả các hạt trung hòa. Trong hỗn hợp đó giá trị tuyệt đối của điện tích dương bằng giá <br /> trị  tuyệt đối của điện tích âm => Plasma là hệ  trung hòa điện tích, và là vật dẫn điện  <br /> tốt. Khi có sự  mất cân bằng điện tích thì trong plasma sẽ  sinh ra một  điện trường  <br /> mạnh để ngăn cản sự mất cân bằng và làm cho plasma này trở nên trung hòa về điện.<br /> <br /> <br /> CÁC LOẠI PLASMA:<br /> Dựa vào nhiệt độ có hai loại:<br />    Plasma nhiệt độ  thấp  có nhiệt độ  trong khoảng 3000­70000K, thường được  <br /> sử dụng trong đèn huỳnh quang, ống phóng điện tử, tivi plasma…<br />   Plasma nhiệt độ cao  có nhiệt độ lớn hơn 70000K, thường gặp  ở mặt trời và <br /> các ngôi sao, trong phản ứng nhiệt hạch…<br />  Dựa vào bậc ion hóa có hai loại plasma: ion hóa hoàn toàn và ion hóa một phần.<br /> <br /> <br /> <br /> <br />  Dựa theo quan điểm nhiệt động học có hai loại: <br />   Plasma cân bằng (hoặc plasma đẳng nhiệt)  là trong đó các hạt có cùng nhiệt <br /> độ,trung hòa về điện vì các hạt mang điện mất đi luôn được bù lại do quá trình <br /> ion hóa, nó tồn tại mà không cần lấy năng lượng từ bên ngoài.<br />   Plasma không cân bằng (hoặc plasma bất  đẳng nhiệt)   không trung hòa về <br /> điện, nhưng sự  phá vỡ  trung hòa đó không phải là lớn, nó tồn tại cần có năng <br /> lượng từ bên ngoài, nếu không nhận được năng lượng từ  bên ngoài thì plasma <br /> sẽ tự mất đi.<br /> Dựa vào sự ion hoá có hai loại plasma<br />   Nếu sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận  năng lượng từ các dòng vật chất <br /> bên ngoài, như từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là  plasma nguội .   Thí dụ <br /> như đối với hiện tượng phóng điện trong chất khí, các electron bắn từ catod ra  <br /> làm ion hóa một số phân tử trung hòa. Các electron mới bị tách ra chuyển động <br /> nhanh trong điện trường và tiếp tục làm ion hóa các phân tử  khác. Do hiện  <br /> tượng ion hóa mang tính dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị <br /> ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma. Trong thành phần cấu tạo <br /> loại plasma này có các ion dương, ion âm, electron và các phân tử trung hòa..<br />  Nếu sự  ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử  hay nguyên tử <br /> ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng<br />    .   Khi nhiệt độ  tăng dần, các <br /> electron bị tách ra khỏi nguyên tử, và nếu nhiệt độ khá lớn, toàn bộ các nguyên  <br /> tử  bị  ion hóa.  Ở  nhiệt độ  rất cao, các nguyên tử  bị  ion hóa tột độ, chỉ  còn các  <br /> hạt nhân và các electron đã tách rời khỏi các hạt nhân.<br />  Các hiện tượng xảy ra trong plasma chuyển động là rất phức tạp. Để  đơn giản  <br /> hóa, trong nghiên cứu plasma, người ta thường chỉ  giới hạn trong việc xét các khối <br /> plasma tĩnh, tức là các khối plasma có điện tích chuyển động nhưng toàn khối vẫn đứng <br /> yên.<br />  Các   ví   dụ   về   plasma   dễ   thấy   nhất   là mặt   trời,   các ngôi   sao, đèn   huỳnh <br /> quang và sét.<br />  SỰ PHÂN BỐ BOLTZMANN<br /> <br /> Ludwig Eduard Boltzmann (20 tháng 2 năm 1844 – 5 tháng 9 năm 1906) là một nhà <br /> vật lý nổi tiếng người Áo, thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Áo, ông là  <br /> người bắc cầu cho vật lý hiện đại, với những công trình đặt nền móng cho các lĩnh vực  <br /> khoa  học   gồm cơ   học   thống  kê và nhiệt   động  lực   học   thống  kê.   Ông  là   một   trong <br /> những  nhân  vật  có  đóng  góp   lớn,  bảo  vệ  cho  thuyết   nguyên  tử khi  mô  hình nguyên <br /> tửvẫn còn đang gây ra sự tranh cãi cao. Ngoài Max Planck ra, ông cũng là người có công <br /> đầu đề xuất ý tưởng cho thuyết lượng tử.<br /> <br /> <br />  Định luật phân bố Boltzmann . <br /> − Năng lượng chuyển động nhiệt còn gọi là nhiệt năng của một vật nào đó chính  <br /> là tổng năng lượng chuyển động của tất cả  các phân tử  cấu tạo nên vật. Việc xét <br /> riêng nhiệt năng và sự  biến đổi của nó trong một vật là rất khó khăn bởi vì năng <br /> lượng chuyển động nhiệt của các phân tử  luôn luôn liên quan mật thiết với thế <br /> năng tương tác giữa các phân tử. Chẳng hạn khi đung nóng vật, nhiệt độ  của nó  <br /> tăng lên thì không những năng lượng chuyển động mà cả thế năng của các phân tử <br /> cấu tạo nên vật cũng đều biến đổi. Vì vậy, để thuận tiện cho việc tìm hiểu sâu về <br /> năng lượng chuyển động nhiệt ta chọn khí lý tưởng trong đó lực tương tác và do đó <br /> thế năng tương tác giữa các phân tử rất nhỏ, có thể bỏ qua.<br /> − Ðối với các khí một nguyên tử  (ví dụ  như  Hêli, Nêon, Argon) ta có thể  coi phân <br /> tử như là chất điểm. Phân tử có 1 nguyên tử chỉ có động năng của chuyển động tịnh <br /> tiến còn động năng ứng với chuyển động quay thì không có. Nguyên tử gồm một hạt <br /> nhân tập trung hầu hết khối lượng nguyên tử  và một vành nhẹ  của các electron. <br /> Khi các phân  tử  va chạm nhau  thì ngoài việc trao  đổi cho nhau  động năng của  <br /> chuyển động tịnh tiến phân tử, phân tử này còn truyền cho vành electron của phân <br /> tử kia một xung lượng quay. Nhưng xung lượng này không làm quay được hạt nhân <br /> vì giữa hạt nhân và vành electron không có sự liên kết rắn chắc. Hơn nữa vì mômen <br /> quán tính I của chuyển động quay của phân tử  có 1 nguyên tử  nhỏ  có thể  coi bằng <br /> không (vì bán kính hạt nhân quá nhỏ) do đó động năng của chuyển động quay phân  <br /> tử cũng coi như bằng không, nghiã là cho rằng nguyên tử không quay.<br /> <br /> <br /> Vậy đối với khí lý tưởng một nguyên tử  chứa N phân tử  thì năng lượng chuyển <br /> động nhiệt của nó sẽ là:<br />  Và đối với một mol chất khí này thì năng lượng chuyển động nhiệt là:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của một phân tử có thể coi như <br /> gồm 3 thành phần: những thành phần động năng của chuyển động của phân tử theo 3  <br /> phương vuông góc với nhau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Vì tính chất hoàn toàn hỗn loạn của chuyển động phân tử nên ta có thể coi như:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> − Sự phân bố động năng của phân tử  một nguyên tử thành 3 thành phần độc lập  <br /> liên quan tới việc coi phân tử  như  một chất điểm có 3 bậc tự  do. Ta nhớ  rằng số <br /> bậc tự  do của một cơ hệ là số  toạ  độ  độc lập cần thiết để  xác định vị  trí và cấu <br /> hình của cơ hệ đó trong không gian.<br /> − Từ nhận xét trên ta suy ra rằng đối với mỗi bậc tự do, động năng trung bình của  <br /> chuyển động tịnh tiến  của phân tử có 1 nguyên tử là bằng nhau và bằng KT/2.<br /> − Từ đó, một cách tự nhiên, người ta giả thiết rằng nếu như phân tử còn có thêm  <br /> một số bậc tự  do khác thì đối với mỗi bậc tự  do này cũng sẽ  có thành phần động  <br /> năng trung bình là KT/2.<br /> − Trong phạm vi vật lý cổ  điển lý thuyết trên đã được chứng minh và được phát <br /> biểu một cách đầy đủ như sau:  Nếu hệ phân tử ở trạng thái cân bằng với nhiệt độ  <br /> T thì động năng trung bình phân bố đều theo bậc tự do và ứng với mỗi bậc tự do của  <br /> phân tử thì động năng trung bình là KT/2 . <br /> Ðó là định luật của sự phân bố đều động năng theo bậc tự do hay gọi tắt là  Định  <br /> luật phân bố đều năng lượng Boltzmann.  <br />  CHỨNG MINH <br /> <br /> <br /> <br /> Chiều dài nở ra là: ( theo công thức nở dài)<br /> <br /> Thể tích là :<br /> <br /> Khai triển ra ta có :<br /> <br /> <br /> Mà  nên rất nhỏ nên bỏ qua ( vì  khoảng )<br /> <br /> Tóm lại: <br /> <br />    Vậy ta có được điều phải chứng minh.<br />