Vật lý lượng tử
lượt xem 99
download
Tài liệu tham khảo về nguyên lý tương ứng trong vật lý lượng tử
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Vật lý lượng tử
- V “NGUYÊN LÝ TƯƠNG NG” TRONG V T LÝ LƯ NG T ñ a h t V t lý lư ng t (VLLT), nguyên lý tương ng (NLTƯ) cũng ñư c th hi n vài trư ng h p ñáng ghi nh n trong l ch s V t lý h c. Nguyên lý này ñư c hi u như sau: Các phương trình c a VLLT c n ph i quy v các ñ nh lu t c ñi n quen thu c dư i nh ng ñi u ki n mà các ñ nh lu t ñó ñư c bi t là phù h p v i th c nghi m. Dư i ñây, th ñưa ra 2 trư ng h p có liên quan ñ n nguyên lý nêu trên trong quá trình phát tri n và tìm hi u b n ch t cơ b n c a v t ch t: ñ nh lu t b c x (radiation) do nhà V t lý l ng danh ngư i ð c Max Planck (1858 – 1947) ñ xư ng và công th c năng lư ng các tr ng thái d ng (stationary state) c a nguyên t Hydro do nhà V t lý tài ba ngư i ðan M ch Niels Bohr (1885 – 1962) suy di n. I. ð nh lu t b c x c a Planck: Ta ñã bi t b c x do v t b nung nóng phát ra ph thu c r t nhi u bi n s (variable). Nh n th y v n ñ b c x có t m quan tr ng r t cơ b n, nó giúp ta hi u hơn v b c x , trong năm 1900, các nhà V t lý bư c ñ u b t tay vào nghiên c u b c x ñư c phát b i m t v t phát x lý tư ng, t c là quá trình di n ra ch ph thu c vào nhi t ñ v t phát x ch không ph thu c vào các y u t khác. Tính ch t c a v t phát x lý tư ng là kh o sát m t ñ ph Sλ c a nó. Th c nghi m cho th y, hàm m t ñ ph theo bư c sóng (wavelength) phát ra g m ph n nh năng lư ng b c x n m trong vùng kh ki n (visible), còn ph n l n l i t p trung v vùng h ng ngo i (infra-red). Vi c hình thành c a lý thuy t c ñi n ñ i v i s bi n thiên c a m t ñ ph theo bư c sóng nhi t ñ ñã cho là: 2π ckT Sλ = λ4 Bi u th c trên phù h p khá t t v i th c nghi m nh ng bư c sóng dài, th nhưng ñ i v i bư c sóng ng n thì gi a lý thuy t và th c nghi m r t khác bi t. V y lý thuy t c ñi n có ñi u gì ñó không n. Nh vào ý tư ng NLTƯ, vào năm 1900, Planck ñã hi u ch nh và tiên ñoán công th c cho m t ñ ph phù h p v i th c nghi m m i bư c sóng và nhi t ñ , ñư c g i là ñ nh lu t b c x c a Planck: 2π c 2 h 1 Sλ = 5 hc λ e λ kT −1 v i c: v n t c ánh sáng. T: nhi t ñ tuy t ñ i. λ: bư c sóng b c x . k = 1,38.10-23 (J/K): h ng s Boltzmann
- Chúng ta có th ñ t v n ñ ngư c l i là li u ñ nh lu t b c x c a Planck có quy v ñ nh lu t b c x c ñi n ñư c không? hc hc hc N u λ → ∞ thì → 0 và do ñó, ta có: e λ kT ≃ 1 + λ kT λ kT Khi ñó, ñ nh lu t b c x c a Planck ñư c vi t l i: 2π c 2 h 1 2π c 2 h 1 2π ckT Sλ = ≃ = λ5 hc λ 5 hc λ4 e λ kT − 1 λ kT Thi n nghĩ, cũng c n lưu ý thêm là h ng s h ñư c ñưa vào V t lý h c qua bi u th c c a ñ nh lu t. T bi u th c và qua th c nghi m, ñã xác ñ nh ñư c h ng s mang tên ông trong gi i h n ch p nh n ñư c (ch sai khác ít ph n trăm): h = 6,625.10-34 (J.s): h ng s Planck. Con ñư ng V t lý hi n ñ i ñư c r ng m hơn t s b t ñ u ñưa ra ñ nh lu t b c x này. II. Công th c năng lư ng các tr ng thái d ng nguyên t Hydro c a Bohr: lý thuy t c ñi n, c u trúc nguyên t Hydro có mô hình là 1 electron quay theo qu ñ o tròn quanh h t nhân gi a (1 proton). Theo ñó, d n ñ n h u qu là electron s phát tán h t hoàn toàn năng lư ng do phát x m t ph b c x liên t c theo ñư ng xo n c (helix) ti n v h t nhân. Và như th , nguyên t không h t n t i! V t lý c ñi n ñã ñi vào ng c t trong vi c gi i bài toán v nguyên t Hydro. Trư c s tai bi n và b t l c này, vào năm 1913, Bohr ñã xây d ng m t mô hình nguyên t Hydro qua vi c ñưa ra 2 tiên ñ (axiom) h t s c táo b o, gây xôn xao trong làng V t lý th i b y gi , vì r ng nó ñ i ngh ch và xa l v i lý thuy t c ñi n trư c ñó. Nhưng Bohr v n t tin tuyên b : “S trái ngư c chính là s b sung”. Sau này, hóa ra 2 tiên ñ ñ u là nh ng ñ c ñi m vĩnh c u và th hi n ñ y ñ hi u năng trong lĩnh v c VLLT, ñ t n n móng cho ngành V t lý hi n ñ i. ðó là tiên ñ v các tr ng thái d ng và tiên ñ v s b c x ho c h p th năng lư ng c a nguyên t . K t qu là ông ñã ñưa ra công th c năng lư ng các tr ng thái d ng c a nguyên t Hydro như sau: me4 1 En = − (n = 1, 2, 3 ...) 8ε 0 h 2 n 2 2 D u tr (-) trong bi u th c trên nói r ng các tr ng thái d ng là các tr ng thái liên k t (bond). ði u này có nghĩa là c n ph i t n công bên ngoài ñ tách nguyên t ra. Nh vào NLTƯ, (Bohr ñư c m nh danh là Ngài “nguyên lý tương ng”), Bohr quy v n ñ ñưa ra v các ñ nh lu t c ñi n quen thu c như ñ nh lu t b o toàn năng lư ng, ñ nh lu t II Newton, qu ñ o c a electron v.v...
- Theo ñ nh lu t Coulomb k t h p v i ñ nh lu t II Newton th hi n s quay c a electron trên qu ñ o trong nguyên t Hydro: 1 e2 v2 e2 =m ⇒v= 4πε 0 r 2 r 4πε 0 mr v i ñ l n ñi n tích: e − = p + = e . m: kh i lư ng electron. r: bán kính qu ñ o. v: v n t c c a electron. ε0 = 8,86.10-12 (F/m): h ng s ñi n. ð ng năng c a electron: 1 2 e2 K= mv = 2 8πε 0 r Th năng ñi n c a electron: 1 (+e)(−e) e2 U= =− 4πε 0 r 4πε 0 r Do ñó, năng lư ng toàn ph n là: e2 En = K + U = − 8πε 0 r Moment xung lư ng c a electron: e2 me 2 r L = mvr = m r= 4πε 0 mr 4πε 0 ð n ñây, Bohr ñã thi t l p moment xung lư ng theo tinh th n lư ng t (tìm cách gia nh p h ng s Planck) như sau: h L=n (n = 1, 2, 3 ...) 2π T ñó, bán kính các qu ñ o cho phép: h me 2 r h 2ε 0 n = ⇒ r = n2 = n 2 rB 2π 4πε 0 π me 2 h 2ε 0 v i rB = 2 = 5,3.10−11 (m): bán kính Bohr. π me Cu i cùng, thay tr r vào năng lư ng toàn ph n, ta có: me4 1 En = − (n = 1, 2, 3 ...) 8ε 0 h 2 n 2 2 M t ñi u h t s c thú v là Bohr ch ng ñ t gì vào lý thuy t c a mình ñ nói r ng nguyên t l n như th nào, nhưng l i làm xu t hi n chi u dài có kích c ñúng (qua bán kính Bohr). Công th c năng lư ng c a Bohr phù h p t t v i th c nghi m qua vi c t o thành h quang ph v ch c a nguyên t Hydro (h các dãy Lyman, Balmer, Paschen).
- B c tranh v c u trúc nguyên t nói chung ñư c sáng thêm lên nh vào vi c lư ng t hóa năng lư ng này. -------------------- --------------------- Nguy n M nh T V t lý - K thu t, Trư ng THPT Tôn ð c Th ng, t nh Ninh Thu n Email: manhhieu90@gmail.com
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Vật lí đại cương - Các nguyên lý và ứng dụng - Tập 3: Quang học và vật lí lượng tử - Trần Ngọc Hợi (chủ biên)
420 p | 1543 | 527
-
Thuyết Tương Đối, Vật Lý Lượng Tử
17 p | 810 | 299
-
Giáo trình Vật lý nguyên tử hạt nhân
125 p | 645 | 172
-
TÁNH KHÔNG, THUYẾT TƯƠNG ĐỐI, VÀ VẬT LÍ LƯỢNG TỬ
17 p | 294 | 112
-
Bài giảng Chương 9: Cơ sở của cơ học lượng tử, vật lý nguyên tử và hạt nhân
20 p | 157 | 29
-
Bài giảng Vật lý II (Phần 3: Vật lý lượng tử): Chương 7 - TS. TS. Ngô Văn Thanh
25 p | 201 | 22
-
Bài giảng Vật lý II (Phần 3: Vật lý lượng tử): Chương 8 - TS. TS. Ngô Văn Thanh
32 p | 105 | 14
-
CƠ HỌC LƯỢNG TỬ - BÀI 31
60 p | 72 | 8
-
Giáo trình Vật lý đại cương II (Điện - quang - vật lý lượng tử): Phần 2
109 p | 33 | 8
-
Giáo trình Vật lý đại cương II (Điện - quang - vật lý lượng tử): Phần 1
132 p | 23 | 8
-
Sự tiến hóa của Vật lý: Phần 1
146 p | 33 | 5
-
Bài giảng Vật lý điện từ - Bài 2: Vật dẫn và tụ điện
35 p | 17 | 5
-
Sự phát triển máy tính lượng tử trong 20 năm nay
16 p | 9 | 4
-
Bài giảng Vật lý điện từ - Bài 1: Điện trường tĩnh
107 p | 16 | 4
-
Bài giảng Vật lý đại cương A2 - Chương VII: Vật lý nguyên tử
80 p | 46 | 4
-
Bài giảng Vật lý đại cương 2: Vật lý nguyên tử (TS. Lý Anh Tú)
22 p | 64 | 3
-
Bài giảng Vật lý 2 - GV. Lê Thị Hà
157 p | 6 | 2
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