Quang học lượng tử

Chương 4. Quang học lượng tử
§1. Sự bức xạ nhiệt
§2. Thuyết lượng tử năng lượng của Plăng
§3. Thuyết lượng tử ánh sáng của Anhxtanh
M. Planck
A. Einstein
G. Kirchhoff
§1. Sự bức xạ nhiệt
Các khái niệm mở đầu
Bức xạ nhiệt
Đặc điểm của sự b/x nhiệt: p/x+ht đồng thời
Bức xạ nhiệt cân bằng: Er = Ea
Đặc điểm của sự b/x nhiệt cân bằng: T = const
2. Các đại lượng đặc trưng
Năng suất phát xạ toàn phần
Mô tả
Năng thông bức xạ:
+ Đ/n: dWr(,T) = r(,T).dS.d
+ Y/n vật lý: là năng lượng…
+ Chú ý: r(,T) được gọi là năng suất phát xạ đơn sắc.
- Năng suất phát xạ toàn phần:
+ Đ/n:

+ Y/n vật lý: là độ trưng của vật tại T
§1. Sự bức xạ nhiệt
b. Hệ số hấp thụ đơn sắc
Đ/n: a(,T) = dWa(,T)/ dW(,T)
Y/n vật lý:đ/l đt cho khả năng htnl
Chú ý: Vật đen tuyệt đối: a(,T) - thực tế!
3. Định luật Kirchhoff
Phát biểu: r(,T)/a(,T) = f(,T)  Hàm PB:
f(,T) = 22kT/c2 (Rayleigh – Jeans)
Y/n vật lý của hàm phổ biến f(,T):
VĐTĐ: a(,T) = 1  f(,T) = r(,T)
Sự khủng hoảng vùng tử ngoại:
+ Kết quả thực nghiệm:
Khi    thì f(,T)  0  R(T)  0
+ Tính toán lý thuyết:


 Sự khủng hoảng vùng tử ngoại
><
§2. Thuyết lượng tử năng lượng của Planck
1. Nội dung
Mục đích của thuyết: Giải quyết sự khủng hoảng vùng tử ngoại
Nội dung:
+ Lượng tử năng lượng – quantum
+ Liên hệ  – c:  = h = hc/
(h = 6,625.10- 34 J.s – hằng số Planck)
2. Vai trò của thuyết lượng tử năng lượng của Planck
- Giúp xây dựng hàm phổ biến mới để giải quyết sự khủng hoảng vùng tử ngoại:
f(,T) = 22.c-2.h/[exp(h/kT) – 1]
 Đồ thị mô tả HPB hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm
- Suy ra các hệ quả:
+ Đ/l Stefan-Boltzmann:
R(T) = .T4 ( = 5,67.10-8W/m2K4 – h/s S-B)
+ Đ/l Wien:
m = b/T (b = 2,898.10-3 mK - hằng số Wien)

Wien’s TRS. based on Planck’s theory
§3. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein
Hạn chế của thuyết lượng tử năng lượng của Planck: chưa nêu rõ bản chất lượng tử NL
Nội dung:
- Nội dung thuyết:
+ Cấu tạo bức xạ điện từ: Photon - lượng tử ánh sáng
+ Năng lượng của photon:  = h = hc/
+ Vận tốc photon: c ≈ 3.108m/s
+ Hấp thụ b/x  hấp thụ photon
+ Cường độ bức xạ  số photon phát ra/s
- Vai trò của thuyết: gt các hiệu ứng quang điện, Compton,…
§3. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein
3. Hiệu ứng quang điện (ref.)
4. Hiệu ứng Compton
Mô tả t/n của Compton
+ thiết bị
+ hiện tượng
+ kết luận: xuất hiện  & ’
B
C
D2
X-ray

D1
’ -  =  = 2C.sin2(/2)
(C = 2,426.10-12m)
§3. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein - Giải thích hiệu ứng Compton
Định tính
§3. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein - Giải thích hiệu ứng Compton
Định lượng: Hiệu ứng Compton là hệ tán xạ đàn hồi, do đó bảo toàn cả năng lượng và động lượng:
hc/ + E0e = hc/’ + Ee
p = p’ + pe
Giải hệ:
’ -  =  = (2h/mec) sin2(/2)
C = 2h/mec

§3. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein
Ứng dụng của hiệu ứng Compton: Đo hằng số Planck
C = 2h/mec  h = mec C/2
Vai trò của hiệu ứng Compton: Khẳng định bản chất hạt của ánh sáng.