Loading

Like H2VN trên Facebook

Tác giả Chủ đề: Thuyết Lượng Tử  (Đọc 15886 lần)

0 Thành viên và 1 Khách đang xem chủ đề.

Offline dothoa

  • Yêu... Hóa học
  • ***
  • Bài viết: 57
Thuyết Lượng Tử
« vào lúc: Tháng Mười 23, 2007, 02:47:40 PM »
Gs Dương Hiếu Ðấu - vietscience
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) 
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 dạng năng lượng nào đó thành năng lượng sóng.  Con người có thể làm cho các vật thể phát sóng điện từ bằng cách cung cấp năng lượng cho nó. Năng lượng có thể cung cấp cho vật bằng tác dụng hoá học thí dụ như phản ứng cháy của phốt-pho trong không khí sẽ phát sáng. Có thể dùng năng lượng cơ học khi cọ sát các vật để tạo ánh sáng, có thể dùng năng lượng của dòng điện để phát sóng điện từ. Nói chung phương pháp giản đơn nhất là truyền nhiệt trực tiếp cho vật.

Bức xạ nhiệt (Heat radiation) Bức xạ nhiệt là một qúa trình mà hệ biến đổi nhiệt năng nhận được từ môi trường thành nội năng của hệ vật; Bức xạ nhiệt là dạng bức xạ phổ biến nhất tạo ra do các nguyên tử, phân tử của vật chất bị kích thích bởi tác dụng nhiệt của các nguồn ngoài. Khi các nguyên tử, phân tử của vật chất chuyển từ trạng thái kích thích trở về trạng thái cơ bản lúc đầu, nó sẽ phát ra sóng điện từ (có thể dưới dạng ánh sáng). Người ta dùng khái niệm bức xạ nhiệt là để phân biệt 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 năng thu nhận ngay chính năng lượng của sóng điện từ do một hệ khác truyền qua nó. Qúa trình đó gọi là quá trình hấp thu sóng điện từ mà thường được gọi tắc là hấp thụ. Khi vật phát ra bức xạ thì năng lượng của nó giảm và kéo theo là nhiệt độ của nó cũng giảm. Ngược lại, khi vật hấp thụ bức xạ thì năng lượng của nó tăng và nhiệt độ của nó cũng tăng lên. 

Cân bằng nhiệt khi phần năng lượng của vật mất đi do bức xạ được bù lại bằng đúng phần năng lượng vật hấp thụ thì vật ở trạng thái cân bằng nhiệt lúc đó nhiệt độ của vật sẽ không thay đổi theo thời gian. 

            2. Ðặc điểm của sự bức xạ 
 

            Như đã phân tích ở chương 1, năng lượng truyền đi bằng bức xạ không cần thông qua một môi trường trung gian (ether chẳng hạn) mặc dù bức xạ có thể được chụp lại khi nó đi qua nhiều môi trường khác nhau.  Sự khác biệt duy nhất giữa các loại bức xạ là cường độ bức xạ ứng với mỗi tần số hoặc bước sóng khác nhau là khác nhau. Người ta phân loại bức xạ phát ra thông qua vùng bước sóng mà bức xạ đó phát ra.

Năng lượng vật chất mất đi trong một đơn vị thời gian do vật bức xạ được gọi là công suất bức xạ. Công suất bức xạ tùy thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật bức xạ. Nhiệt độ tuyệt đối của vật càng thấp thì công suất bức xạ của vật cũng thấp và ngược lại nhiệt độ càng cao thì công suất bức xạ của vật càng cao. 

            3. Ðịnh lý Stefan-Boltzmann về bức xạ (Stefan- Boltzmann s law of Radiation)
 
Năm 1879, Josef Stefan qua nhiều thí nghiệm về bức xạ nhiệt, kết hợp với những cơ sở lý thuyết do Ludwig Boltzmann đưa ra sau đó ít lâu, đã tổng kết thành định lý Stefan- Boltzmann:  Công suất bứïc xạ nhiệt của một vật thì tỷ lệ với lũy thừa bậc 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 cho nên nó cũng đồng thời hấp thu bức xạ nhiệt từ các vật khác xung quanh nó; Thế nên công suất bức xạ nhiệt biến đổi trên một vật đặt trong môi trường sẽ là:


4. Vật đen (Black-body) 
 

Vật 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 sắc của nó cũng thay đổi rõ rệt, Ví dụ một thanh kim loại mỏng được đung nóng lâu sẽ chuyển từ màu xám thành màu đỏ và dần dần thành màu cam.


Cộng đồng Hóa học H2VN

Thuyết Lượng Tử
« vào lúc: Tháng Mười 23, 2007, 02:47:40 PM »

Offline dothoa

  • Yêu... Hóa học
  • ***
  • Bài viết: 57
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #1 vào lúc: Tháng Mười 23, 2007, 02:50:11 PM »
             5. Ðịnh luật Wien

II.  THUYẾT LƯỢNG TỬ CỦA PLANCK ( PLANCK'S QUANTUM THEORY) 
             1. Nội dung thuyết lượng tử Planck 
 

Những nguyên tử hay phân tử vật chất hấp thụ hay bức xạ năng lượng thành từng phần riêng biệt, gián đoạn, mỗi phần mang một năng lượng hoàn toàn xác định có độ lớn


2. Nội dung thuyết lượng tử của Einstein 
 

Ðối với ánh sáng, một lượng tử năng lượng còn được gọi là một Phôtôn, Phôtôn không tồn 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 năng lượng tương đối là:

 Ngoài ra, theo quan điểm của Einstein, một tia sáng khi chạm vào một vật hấp thụ ánh sáng thì số lượng phôtôn đến sẽ giảm đi, cho nên  cường độ ánh sáng sẽ giảm vì có một số phôtôn đã tách khỏi tia sáng (Hình 2.2). Sự hấp thụ ánh sáng hoàn toàn khi mà toàn bộ số lượng phôtôn tới đều tách ra khỏi tia sáng. 

             3. Ðịnh nghĩa cường độ sáng 

Ví dụ: Có một bóng đèn tròn dùng dây nung có công suất là 50W.  Người quan sát đứng ở  khoảng cách 1km so với nguồn sáng. Cho biết hiệu suất của bóng đèn là 10%

(nghiã là có 5 W chuyển thành bức xạ trong vùng ánh sáng khả kiến). Cho biết chỉ có 1% của bức xạ khả kiến là bức xạ phát ra trong khoảng bước sóng 552 ( 1nm.  Hỏi có bao nhiêu phôtôn trong vùng bước sóng nói trên đi qua con ngươi vào mắt người quan sát trong một giây cho biết đường kính con ngươi mắt người quan sát là 2mm.


Từ bài toán trên ta thấy, với một nguồn sáng yếu và một khoảng cách quan sát tương đối xa trong một vùng có bước sóng hẹp thì số lượng phôtôn đi qua mắt trong một giây vào khoảng 35000 hạt. Kết qủa nầy trùng với thực nghiệm khi dùng một máy đếm phôtôn có bước sóng xác định do Phillip Lenard thực hiện. Như vậy có thể nói là Phôtôn phát xạ với mật độ đồng đều theo mọi phương. 

Offline dothoa

  • Yêu... Hóa học
  • ***
  • Bài viết: 57
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #2 vào lúc: Tháng Mười 23, 2007, 02:53:58 PM »
III. HIỆU ỨNG QUANG ÐIỆN (THE PHOTOELECTRIC EFFECT)   
             1.Thí nghiệm: 
 

Khi chiếu sáng bằng ánh sáng có bước sóng thích hợp hoặc chiếu bằng tia cực tím lên trên bề mặt một kim loại, người ta thấy các electron bị bức xạ ra khỏi bề mặt của nó (Hình 2.4)

 2. Các định luật quang điện 
 

Người ta chứng minh được rằng tần số của bức xạ chiếu tới phải có tần số lớn hơn tần số giới hạn. (hay là có bước sóng kích thích nhỏ hơn một bước sóng giới hạn).

Ðối với mọi kim loại khác nhau giá trị giới hạn của tần số hoặc bước sóng sẽ khác nhau.

Lenard qua nhiều thí nghiệm chứng tỏ rằng số lượng electron bị bức xạ tăng lên đồng thời theo sự tăng lên của cường độ chùm ánh sáng tới.

Năng lượng (động năng ban đầu) của các electron thì không phụ thuộc cường độ chùm sáng tới.

Những định luật vừa nêu trên thì ngược lại với thuyết điện động lực học cổ điển vì quá trình truyền sóng là qúa trình truyền năng lượng nên ánh sáng có cường độ mạnh thì sẽ có năng lượng lớn. Các electron hấp thu năng lượng lớn thì động năng của nó sau khi bức khỏi kim loại càng lớn. Ngoài ra lý thuyết cổ điển đã tiên đoán rằng dù năng lượng tới có công suất yếu đi nữa thì cũng có một số electron hấp thu vừa đủ năng lượng cần thiết mà thoát ra bề mặt kim loại.  Sẽ không có giới hạn nào cả cho hiệu ứng quang điện. Như thế Hiệu ứng quang điện cần được giải thích như thế nào? 

             3. Giải thích các định luật quang điện của Einstein bằng thuyết lượng tử của Planck

            Trước tiên chúng ta giả sử rằng năng lượng nhỏ nhất gọi là công thoát A đủ để cho một electron ở sát mặt ngoài kim loại thoát ra khỏi kim loại (giá trị A là hoàn toàn xác định với mọi kim loại. Giá trị của nó biến động từ 1.0 đến 10.0 eV).


  4. Ứng dụng 
 

Hiệu ứng quang điện được ứng dụng để chế tạo tế bào quang điện (thiết bị cho dòng điện đi qua khi có ánh sáng thích hợp chiếu tới). Tế bào quang điện được dùng chế tạo Rơle quang điện ứng dụng trong các thiết bị tự động hóa và thiết bị đếm bằng xung ánh sáng.


Pin quang điện: Ðó là một hệ gồm hai mẫu bán dẫn loại P và một lọai N được ghép sát nhau sau, khi có sự khuếch tán điện tử và lổ trống lớp ghép nối xuất hiện điện trường phụ hướng từ lớp N (có nhiều lổ trống khuếch tán qua) sang lớp P (có nhiều điện tử khuếch sang) không cho dòng điện đi qua khối N-P.  Khi có ánh sáng chiếu tới mẫu N các electron nhận được năng lượng và bức xạ điện tử liên tục tạo thành các electron tự do. Khi nối cực P và N qua một thiết bị tiêu thụ điện sẽ có một dòng điện qua dây dẫn từ P sang N (hình 2.6). Các e đi từ N qua R đến P để trung hoà với các lổ trống.


Người ta sử dụng Pin quang điện để biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng (Solar cell). Nếu dùng pin quang điện bằng chất bán dẫn Silic, hiệu suất của nó có thể đạt đến 14-15%. Người ta tính được trên diện tích 1m2 của pin quang điện được ánh sáng chiếu tới ta có thể nhận được một công suất điện là 100 W và như vậy với diện tích của một mái nhà trung bình ta có đủ điện năng để thỏa mãn mọi tiện nghi cho một gia đình. Tuy nhiên, về giá thành của các Pin quang điện hiện nay còn tương đối khá đắc so với các nguồn năng lượng khác.

IV. NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN (SPECIFIC HEAT OF SOLID) 
 

            Căn cứ định luật Dulong-Petit, nhiệt dung riêng của vật rắn là do sự dao động của các nguyên tử trong tinh thể xung quanh vị trí cân bằng. Khi nguyên tử nhận thêm nhiệt, tần số dao động của các nguyên tử ở các nút mạng sẽ tăng lên. Sự thay đổi nầy phụ thuộc vào khối lượng của nguyên tử và lực tương tác của nguyên tử đó so với các nguyên tử  khác.  Khi tần số tăng thì nội năng của các nguyên tử  cũng tăng theo.


Khi tinh thể ở nhiệt độ rất thấp, mỗi nguyên tử đểu ở trạng thái cơ bản (năng lượng tối thiểu), mỗi nguyên tử chỉ hấp thụ một phôtôn năng lượng có giá trị h( và không hấp thụ nhiều hơn h(. Vì hấp thụ nhiệt nên nhiệt độ của tinh thể sẽ tăng lên đến khi KT lớn hơn h( thì lúc đó mỗi nguyên tử sẽ hấp thụ nhiều phôtôn hơn lúc đầu (nh()  và nhiệt dung riêng khi đó tiến tới gía trị cổ điển ( 3R = hằng số cho mỗi mol). Từ nhiệt độ đó thì nhiệt dung riêng sẽ là hằng số. 

V. Tia X  ( X  rays ) 
            1. Thí nghiệm Roentgen 

Về sau, các nhà khoa học xác nhận bức xạ được phát ra từ thí nghiệm trên là một loại sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn cả bước sóng tia tử ngoại ( gía trị từ 10-8 m đến 10-12 m). Các nhà khoa học gọi nó là tia X hay tia Roentgen để ghi nhận công trình khám phá của Roentgen. 

            2. Cơ chế tạo thành tia Roentgen 
 

Tia X được tạo ra là do các electron chuyển động có động năng lớn khi đập vào đối âm cực của một kim loại có khối lượng riêng lớn, nó dễ xuyên sâu vào những lớp bên trong của vỏ nguyên tử . Ðiều nầy không thể thực hiện đối với những kim loại nhẹ, electron tới tương tác với hạt nhân và các electron ở lớp vỏ của nguyên tử . Sự tương tác nầy làm xuất hiện dao động của hạt các hạt mang điện trong nguyên tử . Dao động của hạt các hạt mang điện trong nguyên tử  tạo ra điện trường biến thiên, từ đó sinh ra sóng điện từ lan truyền trong không gian. Sóng nầy có tinh chất giống sóng ánh sáng (một chùm tia sáng của dòng hạt Phôtôn) vì thế mà ta gọi sóng đó là tia Roentgen.


Chính nhờ phát minh ống phóng điện và môi trường tạo ra tia X với bước sóng được điều chế mà Wilhelm Konrad Roentgen đã lãnh giải thưởng Nobel về vật lý năm 1895, người ta nhanh chóng ứng dụng tia roentgen để chuẩn đóan xương bằng phương pháp chụp X quang. Tuy nhiên, việc chụp X quang làm tổn hại nhiều hồng huyết cầu nên ứng dụng nầy trong một thời gian dài bị hạn chế sử dụng.

Offline LKN

  • Yêu... Hóa học
  • ***
  • Bài viết: 86
  • ..::lonely::..
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #3 vào lúc: Tháng Mười 25, 2007, 08:27:38 AM »
Thuyết này để tính cái j` vậy chị,giải đáp thắc mắc giùm em nhỏ nhé! ;D
hg+hf-->[lkn] ... lonely in the dark & wait for you in the Rajn ... =) [Dark Angel]

Offline hungnd

  • Thích... Hóa học
  • Bài viết: 2
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #4 vào lúc: Tháng Mười Hai 21, 2007, 09:47:34 PM »
Thực ra mà nói thì thuyết lượng tử không chỉ tóm gọn trong những bài viết này bởi còn rất nhiều điều nữa như các tiên đề về chồng chập lượng tử; phương trình Schrodinger; phương trình Dirac và đặc biệt là nguyên lý bất định nổi tiếng của Heisenberg.
Theo như cách gọi thông thường thì lượng tử có nghĩa là những hạt (hay "bó")rất nhỏ cấu thành ánh sáng;những lượng tử này có tính chất lưỡng tính sóng hạt ; tức vừa mang tính chất sóng vừa mang tính chất hạt
Suy nghĩ này là của Planck đưa ra nhằm loại bỏ sự vô hạn của NL trong lò phản ứng theo công thức Reileingt cổ điển...

Offline chemisdarkelf

  • Yêu... Hóa học
  • ***
  • Bài viết: 64
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #5 vào lúc: Tháng Một 24, 2008, 08:19:40 AM »
hình như mấy thuyết này hơi lậm qua bên Lý.
Ko bit dùng nó áp dụng cho quang phổ dc ko nhỉ
Trên đời này ko chỉ có tình yêu nam nữ là thiêng liêng. Tình yêu gia đình, đất nước, quê hương và tình yêu hóa học cũng thế

Offline sindo3131

  • Nghĩ... Hóa học
  • *
  • Bài viết: 17
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #6 vào lúc: Tháng Hai 22, 2008, 06:24:51 PM »
Chúa ơi, anh đó hay quá, em chưa học tới thuyết lượng tử, em mới học lớp 10 nhưng thấy anh dothoa viết hay quá, em hk biết chừng náo mới đc học :D

Offline tieungoc_9x

  • Yêu... Hóa học
  • ***
  • Bài viết: 86
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #7 vào lúc: Tháng Hai 22, 2008, 10:42:04 PM »
cho em hỏi thuyết lượng tử dùng để tính cái jì vậy, mà hình nhu chương trình phổ thông cũng không có học có phải không???

Offline Paladin

  • Moderator
  • Gold Member H2VN
  • *****
  • Bài viết: 610
  • Học, học nữa, học mãi...
    • http://www.h2vn.com
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #8 vào lúc: Tháng Hai 23, 2008, 08:43:23 AM »
Chương trình PT thì ko học đâu em à. Cái này dùng cho học sinh đại học.
Bài của bạn dothoa rất hay.
Bạn nào đang học đại học mà chuẩn bị học phần này, có thể vào đây xem nhé!
(^_^)(*_*)

Offline Tung-hnue

  • Nhớ... Hóa học
  • **
  • Bài viết: 25
  • =*Hoá Hai *Vô Đối*=
Re: Thuyết Lượng Tử
« Trả lời #9 vào lúc: Tháng Mười Hai 24, 2008, 08:59:19 PM »
Đây, nhân nói đến phần đang học, mình cũng đưa lun lên cho các bạn tham khảo thêm (Mấy em đang học PT thik thì thi vào khoa Hoá ĐHSP HN đi, học cái này nguyên 1 học kỳ năm thứ nhất roài năm thứ tư học típ đấy. Đây là môn rất thú vị ^^)
* Sóng liên đới vật chất Đơ Brơiliê (de Brozlie):
     Sự chuyển động của 1 hạt vật chất bất jỳ đều phải liên kết với 1 sóng vật chất. Đó là sóng liên đới với hat.
   Nói cách khác, như ở lớp 12 phổ thông, trong môn Lý, phần quang điện, ta đc học là "ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt" thì bây giờ có thể nói là mọi vất chất đều có lưỡng tính sóng hạt.
*Nguyên lý bất định Haixenbec (Heisenberg):
     Không thể xác định đồng thời toạ độ cà xung lượng liên hợp chính tắc với toạ độ đó trong một trạng thái chuyển động của electron cũng như vi hạt bất kỳ.
   Nói 1 cách dễ hỉu nhất thì cái hệ thức này nhằm xác định xem 1 hạt là vi mô hay vĩ mô, nếu vi mô thì ko thể xđ quỷ đạo chính xác (hay khái niệm quỹ đạo ko có ý nghĩa) còn vĩ mô thì hoàn toàn xđ đc.

(tạm thời đến đây thui, mấy hum nay bận quá, ko có thời gian post, sozi nha)  :)
Although we had no money
I was rich as I could be
In my coat of many colors
My momma made for me
:X