Nghiêng cứu đơn vị đo lường trong vật lý

 
NHÓM 4
Lê Thùy Dương
Đỗ Thị Hồng Gấm
Lê Thị Thanh Tuyết
Thân Ngọc Bảo Trâm
Nguyễn Thị Thu Hằng
NGHIÊN CỨU VỀ ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG TRONG VẬT LÝ HẠT NHÂN
I.ĐO LƯỜNG VÀ MỘT SỐ ĐƠN VỊ DÙNG TRONG VẬT LÍ HẠT NHÂN

Ta đo mỗi đại lượng vật lí theo đơn vị riêng của nó, bằng cách so sánh với một  chuẩn đo. Đơn vị là tên gọi độc nhất mà ta gán cho số đo của đại lượng đó, ví dụ, mét (m) cho đại lượng độ dài.
Tuy nhiên, điều quan trọng là định nghĩa theo kiểu sao cho các nhà khoa học trên toàn thế giới sẽ tán thành định nghĩa của ta là vừa có tính nhận thức vừa có tính thực tiễn.
Hệ đo lường quốc tế (viết tắt SI) là hệ đo lường được sử dụng rộng rãi nhất. Nó được sử dụng trong hoạt động kinh tế, thương mại, khoa học, giáo dục và công nghệ của phần lớn các nước trên thế giới .
*Một số đơn vị cơ sở

Một số đơn vị đo lường là nền tảng cơ sở để từ đó các đơn vị khác được suy ra (dẫn xuất), chúng là hoàn toàn độc lập với nhau. Các định nghĩa dưới đây được chấp nhận rộng rãi.
Một số đơn vị đo lường cơ bản:
*Các đơn vị dẫn xuất với tên đặc biệt
Các đơn vị đo cơ bản có thể ghép với nhau để suy ra những đơn vị đo khác cho các đại lượng khác. Một số đơn vị dẫn xuất của SI với tên đặc biệt:
*Các đơn vị phi SI được chấp nhận sử dụng với SI
Các đơn vị đo lường sau không phải là đơn vị đo lường
của SI nhưng được "chấp nhận để sử dụng trong hệ đo
lường quốc tế."
Một số đơn vị kinh nghiệm phi SI được chấp nhận sử dụng trong SI
II.ĐỒNG VỊ

Định nghĩa: Đồng vị là các hạt nhân có cùng số prôtôn

Z nhưng khác nhau số nơtrôn N dẫn đến sự khác nhau

về số khối A.
Cacbon có 3 đồng vị .Trong đó có 2 đồng vị ổn định, có nguồn gốc tự nhiên: cacbon-12, hay 12C, (98,89%) và cacbon-13, hay 13C, (1,11%) . Năm 1961, Liên đoàn Quốc tế về Hoá học Thuần túy và Ứng dụng  (IUPAC) đã chấp nhận đồng vị cacbon-12 làm cơ sở để đo khối lượng nguyên tử. Một đồng vị không ổn định, cũng có nguồn gốc tự nhiên là đồng vị phóng xạ cacbon-14 hay 14C. Đồng vị 14C dùng để xác định niên đại của di vật khảo cổ.
Hình 1-3 Chuẩn quốc tế 1 kg của khối lượng, một khối trụ platinium-iridium có chiều cao và đường kính bằng 3,9 cm.
Chuẩn SI của khối lượng là một khối trụ làm bằng platinium và iridium (Hình1-3) được lưu giữ tại Cục Cân Đo Quốc tế ở gần Paris và được gán, theo thỏa thuận quốc tế, là khối lượng 1 kilogam. Các bản sao chính xác được gửi đến các phòng tiêu chuẩn ở các nước khác, và khối lượng của các vật khác có thể được xác định bằng cách cân so chúng với một bản sao.
*Trong khoa học nghiên cứu hạt nhân ta biết hạt nhân rất nhỏ bé có khối lượng nhỏ nên nếu chúng ta dùng đơn vị chuẩn trong hệ SI như kilôgam để đo khối lượng hạt nhân thì nó sẽ không thuận tiện. Vì vậy trong ngành hạt nhân người ta bắt buộc phải sử dụng đơn vị khác để đo hạt nhân . Tức là người ta phải dùng một đơn vị chuẩn và có định nghĩa về đơn vị chuẩn, người ta gọi đó là đơn vị cacbon ( đvC) . Kí hiệu : u .
Một chuẩn khối lượng thứ hai
Khối lượng của các nguyên tử có thể được so sánh với nhau chính xác hơn là so với chuẩn kilogram. Vì lí do này, ta có một chuẩn khối lượng thứ hai. Đó là nguyên tử carbon-12.
     Đầu tiên, năm 1803, vì hiđrô là nguyên tố nhẹ nhất nên được chọn làm đơn vị khối lượng nguyên tử.
Nhưng vì đa số các NTHH đều dễ dàng tạo thành hợp chất với
oxi dưới dạng oxit. Từ đó 1/16  khối lượng của nguyên tử oxi
được thừa nhận làm đơn vị đo khối lượng nguyên tử và gọi là
đơn vị oxi.
KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ
2.Hằng số  Avogadro
Amadeo Avogadro (1776-1856)
Nơi sinh: Turin, Italy.
Avogadro là nhà hóa học, toán học và vật lý học người Ý. Những phát minh của ông là những đóng góp vô cùng to lớn đối với sự phát triển của Khoa học vật lý. Ông đã phát triển những giả thuyết quan trọng, đó “Định luật Avogadro”. Ông khẳng định: “ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của mọi chất khí đều chứa số phân tử khí bằng nhau. Từ định luật này đã có những hệ quả quan trọng trong lĩnh vực hóa học và vật lý như thể tích mol phân tử, tỷ khối của các chất khí và tỉ lệ thể tích các chất khí trong phản ứng hóa học.
Mol
      Mol của một chất là một lượng của chất đó mà trong đó có chứa số phần tử nhỏ nhất của chất đó, mà còn giữ được bản chất của chất đó, bằng với số nguyên tử 12C có chứa trong 12 gam 12C. Số nguyên tử 12Ccó chứa trong 12 gam 12C là 6,022.1023 (số Avogadro). Như vậy mol một chất là tập hợp gồm 6,022.1023 phần tử (đơn vị) nhỏ nhất của chất đó nhưng còn giữ được bản chất của chất đó.
Mối quan hệ giữa các đơn vị khối lượng nguyên tử và gam, và mối quan hệ đó chính là đẳng thức:
Nếu chúng ta có N hạt gạo thì sẽ nuôi sống được loài người trên Trái Đất này trong thời gian bao lâu ? Biết rằng mỗi người ăn 3 bữa một ngày và mỗi bữa ăn 5000 hạt gạo?
IV.ĐƠN VỊ ĐO NĂNG LƯỢNG
Định luật cơ bản về động lực học của Newton : khi một lực tác động tới một vật thì vật được tăng tốc , nghĩa là tố độ của nó thay đổi . Gia tốc bằng lực tác dụng chia cho khối lượng của vật . Hãy tưởng tượng rằng chúng ta cho tác dụng một lực rất mạnh rất lâu lên vật . Định luật Newton dự đoán rằng tốc độ của nó ta9ng liên tục cho đến khi vượt quá c. Thuyết tương đối cho rằng không thể.
Einstein đã giải bài toán cho rằng khối lượng tăng cùng vận tốc . Khi gần tới tốc độ của ánh sáng thì khối lượng hướng tới vô hạn. Vì vậy không thể tăng tốc mãi để vật cũng di chuyển nhanh như ánh sáng . Ngược lại nếu tốc độ của vật chậm hơn tốc độ của ánh sáng thì khối lượng gần như bằng khối lượng lúc tĩnh , và định luật Newton được phát huy hoàn toàn . Trường hợp này nằm trong đời sống hàng ngày của chúng ta.
Vậy năng lượng do lực truyền cho vật trở nên như thế nào trong cách phát biểu mới của định luật Newton ? Khi tốc độ của vật tăng lên thì tốc độ của nó cũng tăng . Mọi đóng góp năng lượng đều được thể hiện bằng sự thay đổi năng lượng . Vì vậy , sự tăng khối lượng và năng lượng được truyền cho vật có thể xem như những số đo khác nhau của cùng một vật . Do đó người ta đi đến một sự thống nhất kì lạ nhất của vật lý học hiện đại . Trước Einstein , vật lý học biết đến hai nguyên lí bảo toàn cơ bản , hoàn toàn độc lập , là bảo toàn khối lượng và bảo toàn năng lượng . Thuyết tương đối đã nối chúng lại với nhau : đó là khối – năng lượng được bảo toàn .Như Einstein đã viết :
“ Khối lượng của một vật là số đo hàm lượng năng lượng của nó”.
Nếu có một cách nào đó chúng ta biến đổi một vật có khối lượng dù rất nhỏ khi chuyển đổi hoàn toàn nó thành năng lượng thì sẽ được một năng lượng vô cùng lớn , rất lớn và chúng ta có thể dùng năng lượng đó để phục vụ đời sống . Cho đến nay con người vẫn chưa biết cách biến đổi hoàn toàn một khối lượng thành năng lượng . Nhưng chúng ta đã biết cách biến đổi một phần nhỏ khối lượng thành năng lượng trong các phản ứng hạt nhân.
 
 
Ví dụ: Một gia đình dùng một tháng hết 250 kWh điện. Nếu chúng ta có cách nào đó chuyển hoàn toàn một móng tay nặng 0,05g hoàn toàn thành năng lượng . Hỏi năng lượng này đủ để gia đình đó dùng trong bao nhiêu lâu?
Người ta không biểu diễn năng lượng theo Jun mà người ta dùng eV.( Nếu viết ra 1,6.10-19 C.V, C.V=J) . Thay gì viết đơn vị là Jun người ta lại viết là tích của nó là một hằng số e nhân với Vôn . Như vậy là cách biểu diễn đơn vị của các đại lượng theo các hằng số thì nó có các đại lượng theo các hằng số thì nó có lợi ích gì? Nếu biểu diễn theo các hằng số như e thì trong các phép tính nếu chúng ta phải chia cho e thì nó sẽ mất.
,
,
I.NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN
II.MÁY CỘNG HƯỞNG TỪ
Chụp cộng hưởng từ hay MRI là kỹ thuật tạo hình cắt lớp sử dụng từ trường và sóng radio. Nguyên tử Hydrogen trong cơ thể dưới tác động từ trường và sóng radio, hấp thụ và phóng thích năng lượng sóng RF. Các mô cơ thể khác nhau sẽ hấp thụ và phóng thích năng lượng khác nhau. Quá trình phóng thích năng lượng được máy thu nhận, xử lý, chuyển đổi thành các tín hiệu hình ảnh. Hình ảnh MRI có độ tương phản cao, chi tiết giải phẫu tốt, khả năng tái tạo 3D, không có tác dụng phụ như  X quang nên ngày càng được chỉ định rộng rãi không chỉ cho thần kinh mà còn cho nhiều lĩnh vực khác: cơ xương khớp, tim mạch, bụng…
III.BỨC XẠ CACBON XÁC ĐỊNH TUỔI
 
- Nguyên tử Carbon được hấp thu bởi mọi cơ thể đang sống (chất liệu hữu cơ)
Trong quá trình sống, thực vật hấp thụ CO2, nghĩa là đưa cả C12 và C14 vào cơ thể mà nguồn gốc của C14 chính là N14 chuyển hóa dưới ảnh hưởng của các tia vũ trụ. Động vật sử dụng thực vật làm thức ăn cho nên trong cơ thể có C14. Con người dùng cả động và thực vật làm thức ăn, mặc nhiên trong cơ thể cũng có C14.
Khi cơ thể chết đi, cơ thể đó không những ngừng hấp thu những nguyên tử Carbon mới mà còn bắt đầu quá trình phân rã của nguyên tử C14 đã có (phân rã thành Nitrogen 14)
5. Những khó khăn và thách thức
 
-Phương pháp Carbon phóng xạ chỉ áp dụng đối với chất liệu hữu cơ (những cơ thể hay thành phần từ những cơ thể đã từng sống) và vẫn còn tồn lại chất hữu cơ (nền tảng Carbon) trong đó. Phương pháp này không thể áp dụng cho các hóa thạch vì trong quá trình hóa thạch, đá vô cơ đã thay thế hoàn toàn chất hữu cơ. Với một số chất liệu như đồ gốm thô hay một số đồ gốm đã qua sử dụng, phương pháp này có thể được sử dụng vì trong chất liệu đất sét để làm gốm người xưa thường trộn một số bã thực vật (chất hữu cơ) và nếu đồ gốm được dùng để đun nấu hay đựng thức ăn, người ta có thể lấy những cặn thức ăn đó để phân tích C14.
 
- Phương pháp này chỉ áp dụng đối với những hiện vật và di tích có tuổi từ khoảng 100.000 năm trở lại. Đối với những hiện vật có tuổi cách đây vài trăm năm phương pháp này không thực sự hữu ích vì sai số tới đơn vị hàng chục năm.
 
- Mẫu phân tích rất dễ bị nhiễm bẩn (nhiễm Carbon hiện đại) dẫn đến sai lệch kết quả. Những yếu tố thường gặp như nước ngầm, rễ cây, quá trình quang hợp mới, nhiễm dầu, mỡ… bao bì đựng mẫu không đúng quy cách, sơ suất khi lấy mẫu…một số sai sót khác ngay trong phòng thí nghiệm cũng không hiếm gặp.