Bài 23. Đối lưu - Bức xạ nhiệt

CHƯƠNG VII
BỨC XẠ NHIỆT
ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BM VẬT LÝ
NỘI DUNG
Bài 1: Bức xạ nhiệt
Bài 2: Các định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối
Bài 3: Thuyết lượng tử của Plăng
Bài 4: Ứng dụng của các định luật bức xạ
Xin cảm ơn thầy và các bạn đã quan tâm theo dõi.
Bài 1. BỨC XẠ NHIỆT
I. Bức xạ:
1. Định nghĩa:

Vật
Năng lượng
Sóng điện từ
Hồng ngoại
Khả kiến
Tử ngoại
Để duy trì sự bức xạ, vật phải:

Tiêu hao nội năng
Nhận năng lượng từ ngoài vào dưới 1 dạng khác.

2. Các loại bức xạ:

Tuỳ theo dạng năng lượng tiêu thụ để duy trì sự bức xạ, ta có các loại bức xạ sau:

2. Các loại bức xạ (tiếp theo):
(Thường có λ > λ bị hấp thụ )
a) Hoá phát quang:




b) Quang phát quang:


Ví dụ:











2. Các loại bức xạ (tiếp theo):



Nhiệt độ đủ cao: vật phát sáng (ánh sáng khả kiến )



d) Bức xạ nhiệt:

c) Điện phát quang:
Các phản ứng hoá học xảy ra trong vật  Quá trình bức xạ


Ví dụ: ở đèn LED
Nhiệt độ thấp hơn: vật phát ra bức xạ
(cóbước sóng trong vùng hồng ngoại)
 Loại bức xạ phát ra trong trường hợp này gọi là bức xạ nhiệt.


Ví dụ: Cục than đang cháy phát ra 1phần quan trọng ánh sáng trong phổ khả kiến và ta cũng nhìn thấy nó trong một buồng tối.

II. Bức xạ nhiệt:

- Năng lượng truyền không cần qua 1 môi trường trung gian.
- Trạng thái bức xạ của vật phụ thuộc vào:


1. Đặc điểm:

Ví dụ:
+ Bản chất của vật:
Ở 800C
+ Nhiệt độ:

1. Đặc điểm (tiếp theo):

a) Năng suất phát xạ toàn phần & năng suất phát xạ đơn sắc:
Năng suất phát xạ toàn phần : Là đại lượng có giá trị bằng năng lượng phát ra từ 1đơn vị diện tích mặt ngoài của vật theo mọi phương, trong 1đơn vị thời gian, ứng với mọi λ.
2. Các đại lượng đặc trưng:
2. Các đại lượng đặc trưng(tiếp theo):
b) Năng suất hấp thụ đơn sắc:
Ta thấy: aλ,T ≤1
3. Định luật Kirchhoff:
* Tóm lược tiểu sử của Gustav Robert Kirchhoff:
Là một nhà vật lý người Đức đã có những đóng góp cơ bản về các khái niệm trong mạch điện, phổ học và sự bức xạ nhiệt của vật đen.


3. Định luật Kirchhoff:

- Ông sinh ngày 12 /03/1824 ở Konigsberg- Đông Đức.
- Nổi tiếng với:
*Định luật mạch Kirchhoff
*Định luật Kirchhoff cho bức xạ nhiệt
*Định luật Kirchhoff cho Phổ học (nghiên cứu cùng người cộng sự Robert Bunsen)
- Năm 1862, ông đặt ra khái niệm bức xạ nhiệt. Cùng năm này, ông được Hội Hoàng gia tặng thưởng Huy chương Rumford.
- Kirchhoff mất ngày 17/10/1887.
3. Định luật Kirchhoff:

a) Định luật:





Tỉ số giữa năng suất phát xạ đơn sắc và năng suất hấp thụ đơn sắc của một vật ở nhiệt độ nhất định là 1 hàm chỉ phụ thuộc vào bước sóng λ và nhiệt độ T mà không phụ thuộc vào bản chất của vật đó


b) Định luật (tiếp theo):



Xét một phần tử dS của vật A phát ra 1 năng lượng dWA(λ,T) của bức xạ có bước sóng [λ; λ+dλ] trong1 đơn vị thời gian.





Gọi dW (λ,T) là phần năng lượng của bức xạ
ở trong bình có bước sóng trong [λ; λ+dλ] gửi tới dS trong một đơn vị thời gian, phần năng lượng hấp thụ của vật A là:


Do cân bằng nhiệt nên:
Đặt
Hay:


b) Định luật (tiếp theo):


Tương tự cho các vật B, C còn lại trong bình D:

c) Vật đen tuyệt đối:


Là vật có khả năng hấp thụ hoàn toàn năng lượng của mọi bức xạ tới nó ở mọi nhiệt độ. Tức là:





→Với 1 vật bất kỳ:


Ví dụ: Quan sát 1 miếng sứ trắng được nung nấu đến 12000 C trong buồng tối
Gọi ρ λ,T là năng suất phát xạ của vật đen tuyệt đối.

d) Mẫu vật đen tuyệt đối:







→Bình rỗng có lỗ nhỏ là một vật đen tuyệt đối.
Bề mặt của lỗ nhỏ là phần hở (phần bức xạ) của vật đen tuyệt đối.
5. Khảo sát sự bức xạ của vật đen tuyệt đối bằng thực nghiệm:

+Bố trí thí nghiệm:

+Các đồ thị của ρ λ,T theo λ ở các nhiệt độ T
khác nhau được biển diễn :
5. Khảo sát sự bức xạ của vật đen tuyệt đối bằng thực nghiệm (tiếp theo):
Nhận xét:
+ Ứng với mỗi nhiệt độ T xác
định, ρ λ,Tcó một cực đại ứng
với 1 bước sóng λ max hoàn toàn
xác định.