Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Bài: Vật lý lượng tử nguyên tử - Lê Công Hảo

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂN
Nguyên tử
Vật lý hiện đại
PGS.TS. Lê Công Hảo
Vật lý lượng tử
2MOÂ HÌNH VAÄT LYÙ 
Hiện tượng
vật lý
Áp dụng lý thuyết cũ Tìm kiếm lý thuyết mới 
Mở rộng lý thuyết
Xây dựng công cụ mới
để giải quyết vấn đề
MỘT LÝ THUYẾT MỚI
RA ĐỜI
3VAÄT LYÙ LÖÔÏNG TÖÛ
Vaøo cuoái theá kyû 19 nhieàu söï kieän thöïc
nghieäm ñaõ khaúng ñònh tính chaát soùng cuûa
aùnh saùng. Nhöng cuõng chính trong thôøi gian
ñoù ñaõ xuaát hieän nhöõng tröôøng hôïp maø
ngöôøi ta khoâng theå giaûi thích ñöôïc neáu chæ
döïa treân giaû thuyeát soùng.
1. Böùc xaï cuûa vaät ñen tuyeät ñoái
2. Hieäu öùng quang ñieän
4VAÄT LYÙ LÖÔÏNG TÖÛ
Max Planck:
ñaõ phaûi ñeà xuaát ra moät
giaû thuyeát môùi, maø sau
naøy ngöôøi ta coi noù laø
cô sôû cuûa lyù thuyeát
löôïng töû. Giaû thuyeát
naøy cho thaáy aùnh saùng
ngoaøi tính chaát soùng
coøn coù moät tính chaát
khaùc: tính chaát haït.
5VAÄT LYÙ LÖÔÏNG TÖÛ
Chöông 1: Tính chaát haït cuûa aùnh
saùng
Chöông 2: Löôõng tính soùng haït cuûa
vaät chaát
Chöông 3: Phöông trình
Schroedinger
Chöông 4: Nguyeân töû
61.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät
ñen
1.2. Caùc ñònh luaät phaùt xaï
cuûa VÑTÑ
1.3. Thuyeát löôïng töû Planck 
vaø thuyeát photon Einstein
1.4. Hieäu öùng quang ñieän
1.5. Hieäu öùng Compton
Chöông 1: Tính chaát haït cuûa aùnh saùng 
71.1.1. Böùc xaï
1.1.2. Böùc xaï nhieät
1.1.3. Phoå böùc xaï nhieät
1.1.4. Sự caân bằng nhieät
1.1.5. Heä soá haáp thuï ñôn saéc
1.1.6. Vaät ñen tuyeät ñoái
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
81.1.1. Böùc xaï
Böùc xaï laø hieän töôïng moät vaät theå naøo ñoù do
kích thích hoaëc cöôõng böùc phaùt ra caùc soùng
ñieän töø.
Quaù trình phaùt vaø lan truyeàn soùng ñieän töø laø
quaù trình lan truyeàn naêng löôïng.
Caùc vaät phaùt soùng ñieän töø phaûi chuyeån ñoåi
moät naêng löôïng naøo ñoù thaønh naêng löôïng
soùng.
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
91.1.1. Böùc xaï
Coù nhieàu caùch laøm cho vaät theå phaùt soùng
ñieän töø :
▪ Taùc duïng hoaù hoïc (phaûn öùng ñoát chaùy phoát
pho seõ phaùt saùng).
▪ Taùc duïng nhieät ( daây toùc boùng neon chaùy
saùng).
▪ Duøng naêng löôïng cuûa doøng ñieän ñeå phaùt
soùng ñieän töø
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
10
1.1.2. Böùc xaï nhieät
Thöïc nghieäm cho thaáy ôû nhieät ñoä thaáp caùc
vaät cuõng phaùt ra soùng ñieän töø.
Nguyeân nhaân: laø söï chuyeån ñoäng nhieät cuûa
caùc phaân töû beân trong vaät.
Vaäy böùc xaï nhieät laø soùng ñieän töø phaùt ra töø
caùc vaät theå bò kích thích bôûi taùc duïng nhieät.
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
11
1.1.3. Phoå böùc xaï nhieät
ÔÛ moät nhieät ñoä nhaát ñònh, vaät coù theå phaùt
ra nhieàu loaïi böùc xaï khaùc nhau, töông öùng
vôùi caùc böôùc soùng khaùc nhau.
Ngöôøi ta thöôøng quan taâm ñeán söï phaân boá
cuûa naêng löôïng phaùt ra theo böôùc soùng:
xem naêng löôïng phaùt ra öùng vôùi böôùc soùng
naøo ñoù laø baèng bao nhieâu.
Söï phaân boá naøy ñöôïc goïi laø phoå böùc xaï
nhieät.
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
12
1.1.4. Sự caân bằng nhieät
Xeùt moät ly nöôùc ñöôïc ñaët trong khoâng khí:
▪ Nöôùc vaø khoâng khí luoân luoân coù söï trao ñoåi
naêng löôïng
▪ Nöôùc noùng hôn khoâng khí, naêng löôïng do noù
phaùt ra lôùn hôn naêng löôïng noù thu vaøo, nöôùc
laïnh daàn ñi.
Traïng thaùi caân baèng nhieät, laø traïng thaùi ñaït
ñöôïc khi nhieät ñoä cuûa nöôùc caân baèng vôùi
nhieät ñoä khoâng khí .
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
13
1.1.4. Sự caân bằng nhieät
Trong traïng thaùi caân baèng nhieät, löôïng naêng
löôïng maø vaät haáp thuï vaø phaùt ra döôùi daïng
böùc xaï nhieät trong moät ñôn vò thôøi gian laø
baèng nhau.
Naêng löôïng do vaät phaùt ra baèng naêng löôïng
do noù thu vaøo, neân vaät naøo coù khaû naêng haáp
thuï caøng maïnh thì khaû naêng phaùt ra böùc xaï
cuõng maïnh
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
14
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
1.1.5. Heä soá haáp thuï ñôn saéc
Heä soá haáp thuï: ñoù laø tæ soá giöõa phaàn naêng löôïng haáp thuï
ñöôïc treân toång soá naêng löôïng ñeán ñaäp vaøo vaät.
Neáu ta chæ tính tæ soá naøy rieâng cho moät loaïi böùc xaï coù
böôùc soùng  thì tæ soá ñoù ñöôïc goïi laø heä soá haáp thuï ñôn saéc
vaø kyù hieäu laø a().
a() phuï thuoäc vaøo böôùc soùng  ñang xeùt, nhieät ñoä cuûa
vaät, vaät lieäu caáu taïo neân vaät cuõng nhö tính chaát cuûa beà
maët vaät (trôn hay nhaùm).
Caùc vaät coù maøu ñen haáp thuï vaø phaùt böùc xaï maïnh hôn
caùc vaät maøu traéng.
15
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
1.1.6. Vaät ñen tuyeät ñoái
Vaät ñen tuyeät ñoái (VÑTÑ) laø moät vaät lyù töôûng,
coù khaû naêng haáp thuï moïi böùc xaï ñieän töø chieáu
vaøo noù, nghóa laø noù coù heä soá haáp thuï ñôn saéc
a() = 1 ñoái vôùi moïi böôùc soùng .
Khi ôû caân baèng nhieät, VÑTÑ laø vaät phaùt ra böùc
xaï maïnh nhaát.
Phoå böùc xaï nhieät cuûa VÑTÑ chæ phuï thuoäc vaøo
nhieät ñoä maø khoâng phuï thuoäc vaät lieäu laøm neân
noù.
16
Xeùt maãu vaät ñen coù tính chaát ñaëc
tröng cuûa vaät ñen tuyeät ñoái:
▪ Bình kín, roãng coù moät loã troáng
nhoû.
▪ Phía trong thaønh bình coù phuû
lôùp moà hoùng ñen ñeå taêng naêng
suaát haáp thu taïi thaønh bình.
▪ Moïi böùc xaï ñi qua loã hoång vaøo
bình haàu nhö ñeàu bò giöõ laïi
trong bình.
1.1. Böùc xaï nhieät cuûa vaät ñen
1.1.6. Vaät ñen tuyeät ñoái
17
1.2. Caùc ñònh luaät phaùt xaï cuûa VÑTÑ
1.2.1. Naêng suaát böùc xaï ñôn saéc cuûa
VÑTÑ
1.2.2. Ñònh luaät Stefan-Boltzmann
1.2.3. Ñònh luaät Wien
1.2.4. Söï khuûng hoaûng ôû vuøng töû ngoaïi
18
1.2.1. Naêng suaát böùc xaï ñôn saéc cuûa VÑTÑ
Naêng suaát phaùt xaï ñôn saéc:
Treân beà maët VÑTÑ, ôû nhieät ñoä T, laáy moät dieän tích dS
(cm
2
).
Xeùt caùc soùng ñieän töø phaùt ra töø dieän tích ñoù vaø coù böôùc
soùng naèm trong ( , + d ) (m). 
Naêng löôïng do caùc soùng ñieän naøy mang ñi trong 1s laø
dW(watt). Khi ñoù tæ soá :
R
dW
dS dT
( )
.


=
ñöôïc goïi laø naêng suaát phaùt xaï ñôn saéc cuûa VÑTÑ. 
1.2. Caùc ñònh luaät phaùt xaï cuûa VÑTÑ
19
1.2.1. Naêng sua