GiaoTrinh Vat Ly Luong Tu

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1></div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>CHƯƠNG 1 : THUYẾT TƯƠNG ÐỐI</b>

1. PHÉP BIẾN ÐỔI GALILEO
1. Hệ qui chiếu-Hệ toạ độ
2. Phép biến đổi Galileo
3. Các đại lượng bất biến

2. THUYẾT TƯƠNG ÐỐI

1. Những cơ sở thực nghiệm
2. Thí nghiệm Michalson-Morley

3. Thí nghiệm Sitter về quan sát hệ sao đôi
4. Thuyết tương đối hẹp của Einstein

3. TÍNH ÐỒNG BỘ

1. Sự chậm lại của thời gian
2. Sự không đồng bộ về thời gian

4. ÐỘ DÀI TRONG HỆ QUI CHIẾU CHUYỂN ÐỘNG

1. Ðộ dài theo phương chuyển động
2. Ðộ dài vng góc với phương chuyển động
5. PHÉP BIẾN ÐỔI LORENTZ

1. Công thức Lorentz về biến đổi tọa độ
2. Công thức biến đổi Lorentz về vận tốc

3. Giải thích thí nghiệm Fizeau bằng phép biến đổi Lorentz
4. Hệ qủa

6. XUNG LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG TƯƠNG ÐỐI.
1. Năng lượng và xung lượng tương đối

2. Biểu thức liên hệ giữa năng lượng và xung lượng tương đối
3. Một số đại lượng tương đối tính

BÀI TẬP
TRẮC NGHIỆM

Khi nghiên cứu những vật thể chuyển động với vận tốc rất lớn gần bằng với vận tốc ánh sáng, người ta thấy rằng cơ học cổ điển của Newton
khơng cịn thích hợp nữa. Do đó cần thiết phải xem lại các khái niệm về không gian và thời gian. Việc xem xét nầy thực hiện trong thuyết tương đối.

<b>I.</b> <b>PHÉP BIẾN ÐỔI GALILEO (GALILEAN TRANSFORMATION)</b>
<b> 1.Hệ qui chiếu- Hệ tọa độ</b> TOP

Muốn xác định vị trí các chất điểm trong khơng gian thì ta phải biết vị trí tương đối của chúng so với các vật thể làm móc gọi là hệ qui chiếu. Hệ
qui chiếu được gắn lên một hệ trục tọa độ.

Ví dụ hệ trục tọa độ Descartes 3 trục vng góc chẳng hạn, khi đó mỗi điểm được đặt trưng bằng tập hợp ba số (x,y,z) ta gọi là các tọa độ
của điểm đã cho. Theo thời gian, các điểm có thể dịch chuyển cho nên cần phải bổ sung thêm (tọa độ thời gian) để hình thành khái niệm sự kiện.
Sự kiện là một hiện tượng mà nó được xác định bằng 4 tọa độ (x,y,z,t). Ðó là tọa độ của một điểm vũ trụ (một sự kiện) trong không gian 4 chiều.
Một tập hợp các sự kiện xảy ra liên tục tạo thành đường vũ trụ.

Hệ qui chiếu gắn lên các vật tự do gọi là các hệ qui chiếu quán tính. Các hệ qui chiếu qn tính có thể chuyển động tương đối với nhau.
Khái niệm chuyển động và đứng yên chỉ có tính chất tương đối.

<b> Tính bất biến (Invariant): </b> Khi chuyển từ hệ qui chiếu quán tính S sang hệ qui chiếu quán tính S hay ngược lại, nếu một đại lượng vật lý
nào đó khơng đổi thì ta gọi đại lượng đó là bất biến (Inv) đối với phép chuyển đổi đó. Nếu một phương trình nào đó là đồng dạng trong phép
chuyển đổi ta gọi phương trình đó là phương trình hiệp biến đối với phép chuyển đổi đó.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b> 3. Các đại lượng bất biến</b> TOP

Như vậy khoảng cách hai chất điểm j và k trong phép chuyển đổi Galileo giữa S và S là bảo toàn. Từ sự bất biến của khoảng cách hai điểm
ta suy ra là thể tích của một vật thể là bất biến. Vì khối lượng riêng là hằng số nên khối lượng của vật thể cũng là bất biến trong phép chuyển đổi
Galileo giữa S và S.

Từ các phương trình 1.3 ta thấy gia tốc của một chất điểm là không đổi trong phép chuyển đổi Galileo giữa S và S
Bây giờ ta xét đến lực tương tác giữa các chất điểm.

Ta biết là lực tương tác giữa các hạt chỉ tùy thuộc vào khoảng cách r giữa chúng vì thế nếu xét lực tương tác F giữa hai hạt ta có thể viết
biểu thức tổng quát :

Vậy lực tương tác F giữa hai hạt cũng là bất biến trong phép chuyển đổi Galileo giữa S và S. Khi xét một hạt riêng biệt, tổng các lực do các
hạt khác tác dụng lên nó là chỉ phụ thuộc vào các khoảng cách cho nên hoàn toàn như nhau trong hai hệ S và S. Vậy lực tổng hợp tác dụng lên một
hạt bất kỳ cũng là bất biến trong phép chuyển đổi Galileo giữa S và S .

<b> </b>Cuối cùng kết hợp khối lượng và gia tốc của một hạt nào đó là khơng đổi trong phép chuyển đổi Galileo giữa S và S ta suy ra phương
trình Ðịnh luật II Newton là phương trình hiệp biến đối với phép chuyển đổi S và S tức là bất biến. Chúng ta cũng có thể chứng minh phương trình
Ðịnh luật III Newton là phương trình hiệp biến đối với phép chuyển đổi S và S.

Hãy tiếp tục xét phép biến đổi Galileo trong trường điện từ mà cụ thể là với ánh sáng để xem phép biến đổi Galileo có vận dụng một cách
phù hợp không ?

<b>II THUYẾT TƯƠNG ÐỐI HẸP (SPECIAL RELATIVITY)</b>
<b> 1. Những cơ sở thực nghiệm</b> TOP

<b> 2. Thí nghiệm Michalson-Morley</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

trong đó I1, I2 lần lượt là cường độ của hai tia sáng thành phần cùng đi vào ống ngắm G. Thí nghiệm được làm lại nhiều lần trong điều kiện

người ta quay dụng cụ thí nghiệm theo những góc khác nhau so với trục OX nhưng vẫn giữ nguyên phương chuyển động của S so với S là OX.

Sự tính tốn bằng công thức hợp tốc Galileo cho ta kết qủa là theo những góc khác nhau thì hiệu số pha của các tia sáng thành phần đi vào
ống ngắm G là khác nhau. Tức là cường độ sáng tổng hợp trên màn giao thoa khác nhau.

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

và hiệu thời gian truyền của hai tia sáng là như nhau.

Thí nghiệm nầy có thể chứng tỏ ánh sáng truyền theo mọi phương với cùng vận tốc là c chứ khơng tn theo cơng thức cộng Galileo. Khơng thể
có vận tốc lớn hơn c.

<b> 3-Thí nghiệm Sitter về quan sát hệ sao đơi</b> TOP

Năm 1913 de Sitter đã bác bỏ phép cộng vận tốc Galileo đối với ánh sáng trên cơ sở quan sát chuyển động của các ngôi sao đôi.

Sao đôi là hai ngôi sao ở gần nhau, chuyển động xung quanh một trọng tâm. Nếu một ngôi sao nặng hơn ngôi sao kia rất nhiều thì ngơi sao
nhẹ sẽ chuyển động xung quanh ngôi sao nặng như một vệ tinh. Ðể đơn giản ta xem ngôi sao nặng là đứng yên cịn ngơi sao nhẹ chuyển động
xung quanh với vận tốc v (Hình 1.4).

S là khoảng cách từ ngơi sao đến bề mặt trái đất.

Ta có thể chọn được một số hệ ngơi sao đơi thỏa tính chất trên để quan sát. Nhưng trên thực tế ta không bao giờ quan sát được. Như vậy
không thể chấp nhận phép cộng vận tốc Galileo cho ánh sáng.

<b> 4. Thuyết tương đối hẹp của Einstein</b> TOP

Nguyên lý tương đối trong cơ học Newton nói rằng các hiện tượng cơ học đều xảy ra như nhau trong mọi hệ qui chiếu qn tính nhưng
khơng nói rõ các hiện tượng khác như là nhiệt, điện, từ có xảy ra như nhau trong mọi hệ qui chiếu quán tính ? Theo phần điện từ trường ta thấy
tương tác từ xảy ra chủ yếu là do dòng điện tức là do chuyển động của các hạt mang điện. Như vậy có thể trong các hệ qui chiếu quán tính khác
nhau các hiện tượng điện từ sẽ xảy ra khác nhau. Nhiều thí nghiệm được thực hiện với các hệ qui chiếu quán tính khác nhau với mục đích tìm ra
một hệ qui chiếu qn tính mà ở đó tốc độ ánh sáng khác hẳn với tốc độ ánh sáng trong các hệ qui chiếu quán tính khác. Nhưng những thí nghiệm

đó khơng đạt được kết qủa.

Năm 1905 Einstein phát biểu nguyên lý tương đối về sự bình đẳng của các hệ qui chiếu quán tính cụ thể bằng hai tiên đề sau:

<b>Tiên đề 1: Mọi hiện tượng Vật lý (Cơ, nhiệt, điện, từ ...) đều xảy ra như nhau</b> trong các hệ qui chiếu quán tính. Ðiều nầy cho thấy các
phương trình mơ tả các hiện tượng tự nhiên đều có cùng dạng như nhau trong các hệ qui chiếu quán tính.

<b>Tiên đề 2: Tốc độ ánh sáng trong chân không là một đại lượng không đổi trong</b> tất cả các hệ qui chiếu quán tính.

Giả thuyết 1 phủ định sự tồn tại của một hệ qui chiếu quán tính đặc biệt ví dụ như một hệ qui chiếu đứng yên thật sự. Nói cách khác mọi hệ qui
chiếu qn tính là hồn tồn tương đương nhau. Từ tiên đề nầy các nhà khoa học khẳng định không thể tồn tại một môi trường ether truyền sóng
điện từ (ánh sáng) với một vận tốc khác biệt các hệ qui chiếu khác.

Phép biến đổi GALILEO làm cho các phương trình NEWTON bất biến. Điều đó khơng có gì xung đột với giả thuyết thứ nhất của Einstein tuy
nhiên khi xét đến thời gian thì trong thực tế định luật Newton thứ hai sẽ phải bổ sung lại.

Dựa vào giả thuyết 2 ta có thể giải thích thí nghiệm Michelson và thí nghiệm Sitter vì vận tốc truyền ánh sáng là như nhau theo mọi
phương nên không thể sử dụng công thức cộng vận tốc Galileo cho ánh sáng.

<b>III. TÍNH ÐỒNG BỘ (SYNCHRONIZATION)</b> TOP

Theo cơ học Newton thì tất cả các đồng hồ có thể được cho đồng bộ như nhau bất kể sự chuyển động tương đối của các hệ. Ðiều nầy
được chứng minh từ phép biến đổi Galileo.

Ðồng bộ là gì: Ví dụ có hai đồng hồ chạy hoàn toàn đúng như nhau. Ta đặt một cái tại trái đất, cái còn lại đặt trên tàu vũ trụ quay quanh mặt
trăng. Vào cùng một thời điểm nào đó cả hai được điều chỉnh cùng một gía trị như nhau, sau đó nhiều tháng, nếu hai đồng hồ cùng chỉ một giá trị
như nhau vào cùng một thời điểm quan sát ta nói hai đồng hồ đó là đồng bộ.

<b> 1. Sự chậm lại của thời gian (TIME DILATION)</b> TOP

Theo giả thuyết Einstein người ta có thể kết luận được rằng: các đồng hồ đồng bộ trong cùng một hệ qui chiếu qn tính thì sẽ khơng đồng
bộ khi đặt nó trong hai hệ qui chiếu quán tính khác nhau ( Một hệ qui chiếu đang đứng yên còn một hệ qui chiếu đang chuyển động tương đối so
với hệ đứng yên)

Ta quay lại thí nghiệm hai hệ qui chiếu quán tính S và S trong đó S đi ra xa S theo chiều dương OX với vận tốc u. Trong hệ qui chiếu S ta có
đặt một nguồn sáng mà bóng đèn sẽ phát sáng vào thời điểm ban đầu t =0 cũng là lúc S trùng với S. Ta đặt trên trục OY một gương phẳng M cách
S một đoạn là L (ta sẽ nói sau là trong hệ qui chiếu S thì khoảng cách nầy là L).

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6></div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Sự trể về thời gian trong thí nghiệm của hạt sơ cấp thì rất dể quan sát bởi vì hạt chuyển động với vận tốc lớn gần vận tốc ánh sáng, đồng
thời nó có thời gian sống ngắn. Tuy nhiên trong thế giới vĩ mô sự trễ về thời gian là rất khó đo lường. Một sự đo đạc chính xác đã được thực hiện
tại trạm quan sát Nava của Mỹ để chứng tỏ sự đúng đắn của lý thuyết tương đối hẹp.

<b> 2. Sự không đồng bộ về thời gian</b> TOP

Sự chậm lại về thời gian của một đồng hồ trong các hệ qui chiếu quán tính đang chuyển động với vận tốc gần vận tốc ánh sáng so với các đồng
hồ trong các hệ qui chiếu quán tính đứng yên là một minh chứng về sự không đồng bộ của thời gian của các hệ qui chiếu qn tính đứng n và
chuyển động. Sự khơng đồng bộ về thời gian chỉ ra rằng trong phép biến đổi Galileo không thể chấp nhận sự đồng nhất về thời gian trong hai hệ
qui chiếu quán tính đang chuyển động với nhau (t =t). Chỉ khi vận tốc chuyển động tương đối là nhỏ thì ta mới có thể vận dụng phép biến đổi
Galileo.

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Phương trình trên cho ta sự thay đổi độ dài khi quan sát cùng một vật trong các hệ qui chiếu qúan tính khác nhau. Thực tế muốn quan sát độ
dài một vật ta phải đứng trong hệ qui chiếu gắn với vật đó (hệ S) vậy khi ra ngồi hệ S(đứng ở S) ta thấy độ dài của vật đó thực sự co lại nếu S
chuyển động với vận tốc u rất lớn so với S (có thể dùng một máy ảnh kiểm tra sự kiện đó)

Kết luận : độ dài của một vật nằm dọc phương chuyển động của hai hệ qui chiếu quán tính xét trong hệ qui chiếu đứng n thì ngắn hơn độ
dài của vật đó nếu ta xét trong hệ qui chiếu chuyển động.

Chú ý cũng giống như sự trễ về thời gian, sự co lại về độ dài chỉ ảnh hưởng khi mà vận tốc chuyển động khá lớn còn ở tốc độ âm thanh 340
m/s thì sự chênh lệch độ dài là khơng đáng kể.

<b> 2. Ðộ dài vng góc với phương chuyển động :</b> TOP

Người ta tiến hành thí nghiệm như sau: Cho hai cây thước cùng độ dài 1 m, một thước đặt thẳng đứng trên mặt đất, thước còn lại đặt thẳng
đứng trên một xe lăn đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc u (gần vận tốc ánh sáng) và hai đầu có gắn hai thanh đánh dấu vị trí. Khi
thước có đánh dấu đi ngang qua thước cố định nó sẽ vạch lại kích thước của nó lên trên thước cố định.

Sau thí nghiệm người ta thấy kích thước của cả hai cây thước luôn luôn trùng nhau khi hai thước đứng yên và cả khi một thước đang
chuyển động với vận tốc tương đối (gần vận tốc ánh sáng) so với thước kia.

Chúng ta rút ra kết luận rằng chiều dài của các vật thể nằm theo các phương vng góc chuyển động của hai hệ qui chiếu qn tính sẽ
khơng có sự co giản về độ dài.

<b>V. PHÉP BIẾN ÐỔI LORENTZ ( LORENTZ TRANSFORMATION)</b>
<b> 1. Công thức Lorentz về biến đổi toạ độ</b> TOP

Theo thuyết tương đối Einstein thì hai đồng hồ là khơng đồng bộ khi đặt trong hai hệ quán tính khác nhau. Vậy trong công thức biến đổi
Galileo không thể chấp nhận hệ thức t=t nói cách khác, phương trình liên hệ tương đối phải có cơng thức liên quan về thời gian và không gian trong
hai hệ S và S.

Theo các trục OY, OZ thì độ dài theo phương vng góc với phương chuyển động là khơng đổi vậy ta có :
1.30b

1.30c

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Chính nhờ việc ứng dụng phép biến đổi đó để giải thích các hiện tượng vật lý nguyên tử, Hendrik antoon Lorentz nhận giải thưởng Nobel về
vật lý năm 1902.

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Chú ý: khi u nhỏ hơn rất nhiều so với c thì các cơng thức biến đổi Lorenzt quay trở về công thức cộng Galileo.
<b> 3. Giải thích thí nghiệm Fizeau bằng cơng thức biến đổi Lorentz</b> TOP

Fizeau thực hiện thí nghiệm vào năm 1951 với mục đích là đo vận tốc ánh sáng trong môi trường chuyển động. Ta biết vận tốc của ánh sáng
trong một mơi trường có chiết suất n bằng v=c/n. Nếu ánh sáng truyền trong môi trường mà bản thân môi trường lại chuyển động với vận tốc u khá
lớn gần với vận tốc ánh sáng thì tốc độ truyền của ánh sáng trong mơi trường đó so với hệ qui chiếu đứng yên sẽ thay đổi.

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

Vậy ta kết luận vận tốc ánh sáng trong các môi trường luôn tuân theo công thức cộng vận tốc Lorentz.<b> </b>
<b> 4. Hệ qủa:</b> TOP

Chúng ta dùng công thức biến đổi Lorentz để kiểm lại sự biến đổi về thời gian, độ dài trong các đồng hồ không đồng bộ
<b>a) Sự trễ về thời gian</b>

Ðây là công thức trễ về thời gian của cùng một q trình trong hai hệ qui chiếu qn tính khác nhau.
<b>b) Sự co lại của khỏang cách:</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<b>CHƯƠNG 2 : THUYẾT LƯỢNG TỬ</b>

1. BỨC XẠ CỦA VẬT ÐEN
1. Bức xạ.

2. Ðặc điểm của bức xạ.

3. Ðịnh lý Stefan-Boltzmann về bức xạ
4. Vật đen.

5. Ðịnh luật Wien.

2. THUYẾT LƯỢNG TỬ

1. Nội dung thuyết lượng tử của Planck.
2. Nội dung thuyết lượng tử của Einstein.
3. Ðịnh nghĩa cường độ sáng.

3. HIỆU ỨNG QUANG ÐIỆN

1. Thí nghiệm.

2. Các định luật quang điện.
3. Giải thích các định luật quang điện.
4. Ứng dụng.

4. NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN
5. TIA X

1. Thí nghiệm.
2. Cơ chế tạo thành tia X.
6. TÁN XẠ COMPTON

7. PHỔ NGUYÊN TỬ VÀ MẪU NGUYÊN TỬ CỦA BOHR
8. SÓNG VẬT CHẤT

9. NHIỄU XẠ CỦA ÐIỆN TỬ
10. HỆ THỨC BẤT ÐỊNH

BÀI TẬP
TRẮC NGHIỆM

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.

<b>I. BỨC XẠ CỦA VẬT ÐEN (BLACKBODY-RADIATION)</b>

<b> 1. Bức xạ (Radiation)</b> TOP

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 khơng 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 hố học thí dụ như phản ứng cháy của phốt-pho trong khơng 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 dịng điện để phát sóng điện từ. Nói chung phương pháp giản đơn nhất là truyền nhiệt trực tiếp cho
vật.

<b>Bức xạ nhiệt (Heat radiation) Bức xạ nhiệt là một qúa trình mà hệ biến đổi nhiệt</b> 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 q 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 q 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 khơng thay đổi theo thời gian.

<b> 2. Ðặc điểm của sự bức xạ</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

với mỗi tần số hoặc bước sóng khác nhau là khác nhau. Người ta phân loại bức xạ phát ra thơng 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 cơng suất bức xạ của vật cũng thấp và ngược lại nhiệt độ càng cao thì cơng suất
bức xạ của vật càng cao.

<b> 3. Ðịnh lý Stefan-Boltzmann về bức xạ (Stefan- Boltzmann s law of Radiation)</b> TOP

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:

<b> 4.Vật đen (Black-body)</b> TOP

Vật đen là một vật có hệ số đặc trưng cho bức xạ hoặc hấp thụ bằng một

Một vật nhận thêm nhiệt thì khơng 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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

<b>II. THUYẾT LƯỢNG TỬ CỦA PLANCK ( PLANCKS QUANTUM THEORY)</b>
<b> 1. Nội dung thuyết lượng tử Planck</b> TOP

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

<b> 2. Nội dung thuyết lượng tử của Einstein</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

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 phơtơn đã tách khỏi tia sáng (Hình 2.2). Sự hấp thụ ánh sáng hồn tồn khi mà tồn bộ số lượng
phơtơn tới đều tách ra khỏi tia sáng.

<b> 3. Ðịnh nghĩa cường độ sáng</b> TOP

Ví dụ: Có một bóng đèn trịn dùng dây nung có cơng 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 phơtơn 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 phơtơn đi qua mắt trong một giây vào khoảng 35000 hạt. Kết qủa nầy trùng với thực nghiệm khi dùng một máy đếm phơtơn có bước sóng
xác định do Phillip Lenard thực hiện. Như vậy có thể nói là Phơtơn phát xạ với mật độ đồng đều theo mọi phương.

<b>III. HIỆU ỨNG QUANG ÐIỆN (THE PHOTOELECTRIC EFFECT)</b>
<b> 1.Thí nghiệm:</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

<b> 2. Các định luật quang điện</b> TOP

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 q 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 cơng suất yếu đi nữa thì cũng có một số electron hấp thu vừa đủ năng lượng
cần thiết mà thốt ra bề mặt kim loại. Sẽ khơng có giới hạn nào cả cho hiệu ứng quang điện. Như thế Hiệu ứng quang điện cần được giải thích
như thế nào?

<b> 3. Giải thích các định luật quang điện của Einstein bằng thuyết lượng tử của Planck</b> TOP

Trước tiên chúng ta giả sử rằng năng lượng nhỏ nhất gọi là cơng thốt A đủ để cho một electron ở sát mặt ngồi kim loại thốt 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).

<b> 4.Ứng dụng</b> TOP

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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

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) khơng cho
dịng 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 dịng 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.

<b>IV. NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN (SPECIFIC HEAT OF SOLID)</b> TOP

<b> Căn cứ định luật Dulong-Petit, nhiệt dung riêng của vật rắn là do sự dao động</b> 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 phơtơn năng
lượng có giá trị h( và khơng 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 ngun
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.

<b>V. Tia X ( X rays )</b>

<b> 1. Thí nghiệm Roentgen</b> TOP

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 cơng trình khám phá của Roentgen.

<b> 2. Cơ chế tạo thành tia Roentgen</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

Chính nhờ phát minh ống phóng điện và mơi 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.

<b>CHƯƠNG 3 : CƠ HỌC LƯỢNG TỬ</b>

1. KHÁI NIỆM VỀ XÁC SUẤT
1. Bài toán mở đầu.

2. Các đại lượng đặc trưng.
3. Mở rộng cho hàm phân bố liên tục.
2. HÀM SÓNG

1. Biểu thức.
2. Ý nghĩa.

3. Tính thống kê của hàm sóng.
4. Ðiều kiện chuẩn hóa.

5. Ðiều kiện của hàm sóng.

6. Quan hệ giữa sóng Broglie và hạt chuyển động
7. Vận tốc pha, vận tốc nhóm.
3. TOÁN TỬ

1. Khái niệm về toán tử.

2. Hàm riêng và trị riêng của toán tử.
3. Các toán tử trong cơ học lượng tử.
4. PHƯƠNG TRÌNH SCHRODINGER
5. HẠT TRONG HỐ THẾ SÂU VÔ HẠN
6. DAO ÐỘNG TỬ ÐIỀU HOÀ
7. HIỆU ỨNG ÐƯỜNG NGẦM

BÀI TẬP
TRẮC NGHIỆM

<b>I. KHÁI NIỆM VỀ XÁC SUẤT</b> TOP

<b> Cơ học lượng tử là môn học gắn liền với chuyển động của các hạt vi mơ có vận</b> tốc chuyển động gần với vận tốc ánh sáng. Ðặc
điểm của cơ học lượng tử, như tên của nó, nghiên cứu về tính chất lượng tử hóa của các đại lượng vật lý liên quan đến chuyển động vi mô. Quan
điểm về xác suất được sử dụng rất nhiều trong cơ học lượng tử bởi vì theo ngun lý Heisenberg ta khơng thể xác định chính xác đồng thời vị trí và
vận tốc của hạt vi mô, không xác định được quỹ đạo của hạt chuyển động. Thế nên trong phần đầu của chương, ta sẽ giới thiệu sơ bộ về lý thuyết
xác suất.

<b> 1.Bài toán mở đầu</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

Có 1 người 14 tuổi. Biểu diễn ( N(14)=1
Có 1 người 15 tuổi. ( N(15)=1

Có 3 người 16 tuổi. ( N(16)=3
Có 2 người 22 tuổi. ( N(22)=2
Có 2 người 24 tuổi. ( N(24)=2
Có 5 người 25 tuổi. ( N(25)=5

Tổng quát N(J) là hàm theo các biến nguyên biểu thị số người có cùng số tuổi là J.
Sự phân bố được biểu diễn như đồ thị (Hình 3.1) sau đây

<b> 2. Các đại lượng đặc trưng</b> TOP

Khi nói đến bài tốn phân bố ta xét đến khả năng chọn lựa một biến cố bất kỳ, ví dụ như bài toán trên là khả năng chọn ra một người có số
tuổi là J nào đó. Muốn tính khả năng nầy ta phải biết:

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

<b> 3. Mở rộng cho hàm phân bố liên tục</b> TOP

<b> Giả sử bây giờ ta tính chính xác tuổi từng người theo ngày tháng năm và giờ</b> sinh: Trong bài toán trên (J) sẽ là các biến số
dương và liên tục, có thể viết là (x). Hàm phân bố số tuổi có thể viết lại là P(x) và đây là xác suất tìm chính xác một người có tuổi x nào đó trong
phịng họp. P(x) thường được gọi là mật độ xác suất. Trong trường hợp tổng quát thì biến x là biến thực.

Xác suất tìm ra một số người có tuổi trong khoảng x+dx sẽ là:

ở đây ta cần lấy cận tích phân tiến về vơ cùng bởi vì biến x nhận các giá trị thực.
Giá trị trung bình của biến x trong trường hợp nầy được gọi là kỳ vọng tóan học của x:

<b>II. HÀM SĨNG (WAVE FUCTION)</b>
<b> 1.</b> <b>Biểu thức</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

<b> 2.</b> <b>Ý nghiã</b> TOP

Ở đây ta dùng hàm phức có dạng:

thay cho hàm thực để mô tả trạng thái chuyển động của hạt, bởi vì các nhà vật lý cho rằng sóng Broglie là một dao động phức tạp. Hàm sóng
phức giúp ta biết được trạng thái vi mô của các hạt chuyển động với vận tốc khá lớn và rất khó xác định gía trị chính xác của vận tốc.

<b> 3. Tính thơng kê của hàm sóng</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

<b> 4. Điều kiện chuẩn hóa</b> TOP

Khi tìm hạt trong tồn bộ khơng gian mà hạt cư trú, ta chắc chắn sẽ tìm thấy hạt, nghiã là xác suất tìm thấy hạt trong tồn bộ khơng gian hạt cư
trú là bằng 1

Phương trình 3.22 được gọi là điều kiện chuẩn hóa của hàm sóng.

Như vậy hàm sóng cho hạt chuyển động ( ta mượn biểu thức từ sự truyền sóng cơ trong khơng gian nhưng hàm sóng nầy khơng mơ tả một dao
động thực nào mà nó chỉ cho ta xác suất tìm hạt tại một trạng thái nào đó. Nói cách khác hàm sóng ( viết cho hạt thì mang tính thống kê.

<b> 5. Điều kiện của hàm sóng</b> TOP
Hàm sóng phải thoả mản các điều kiện sau đây:

1- Giới nội. Nếu hàm sóng khơng giới nội thì tích phân (3.21) là phân kỳ nên mâu thuẩn với ý nghĩa xác suất.

2- Ðơn trị. Nếu hàm sóng khơng đơn trị thì ứng với mỗi trạng thái có nhiều xác suất tìm thấy hạt khác nhau. Ðiều đó thì mâu thuẩn với lý
thuyết xác suất.

3- Liên tục. Ðiều nầy là do xác suất không thể thay đổi một cách nhảy vọt.
4- Ðạo hàm bậc nhất của hàm sóng phải liên tục (sẽ đề cập ở phần sau).

<b> 6. Quan hệ giữa sóng Broglie và hạt chuyển động</b> TOP

<b> 7. Vận tốc Pha - Vận tốc nhóm</b> TOP

Biểu thức 3.25 chứng tỏ vận tốc u lớn hơn vận tốc ánh sáng điều nầy có nghiã là vận tốc pha không phải là vận tốc truyền hạt hay truyền
năng lượng.

Cơ học lượng tử cho rằng chuyển động của các hạt khơng phải ứng với các sóng đơn sắc riêng biệt mà ứng với một tập hợp sóng có
bước sóng gần bằng nhau (Ðiều nầy nhiễu xạ của electron đã chứng tỏ khi các vân nhiễu xạ có độ rộng nhất định chứ khơng phải một vạch mảnh).
Vậy nhiễu xạ tạo ra không phải bởi một sóng mà là do nhiều sóng có bước sóng gần nhau.

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

<b>III. TOÁN TỬ (OPERATOR)</b>

<b> 1. Khái niệm về toán tử</b> TOP
Tốn tử là gì:

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

Vậy ta có tốn tử được thành lập từ hai toán tử bằng phép cộng và trừ. Phép cộng có tính chất giao hốn và kết hợp

<b> 2. Hàm riêng và trị riêng của toán tử:</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

<b> 3. Các toán tử trong cơ học lượng tử</b> TOP

a-Biến số động lực học: Các nhà sáng lập cơ học lượng tử cho rằng nếu như trong cơ học cổ điển trạng thái của hệ được xác định bằng
một tập hợp các biến số như toạ độ, vận tốc, xung lượng, năng lượng thì trong cơ học lượng tử một trạng thái của hệ được đặc trưng bằng các
biến số động lực học tương tự như các biến số trong cơ học cổ điển .

b- Trong qúa trình sử dụng các biến số động lực học người ta phải chấp nhận một số tiên đề sau đây :

Tiên đề 1: Mỗi biến số động lực học được biểu diễn bằng một toán tử HERMITE có phổ trị riêng là các số thực mà nó được đo đạc thực
nghiệm từ biến số của đại lượng vật lý cổ điển tương ứng. Ví dụ tốn tử năng lượng có phổ trị riêng là các gía trị năng lượng được đo từ thực
nghiệm.

Tiên đề 2: Hệ thức giữa các toán tử trong cơ học lượng tử có dạng giống hệt như dạng các biến số của đại lượng trong cơ học cổ điển

tương ứng.

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26></div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

<b>CHƯƠNG 4 : VẬT LÝ NGUYÊN TỬ</b>

1. HÀM RIÊNG, TRỊ RIÊNG CỦA TOÁN TỬ MOMEN XUNG LƯỢNG
2. NGUYÊN TỬ HYDROGEN

1. Chuyển động của electron trong nguyên tử.
2. Các kết luận.

3. Hiệu chỉnh khi xét chuyển động của hạt nhân.
4. Xác suất tìm thấy electron.
3. NGUYÊN TỬ THUỘC NHÓM KIM LOẠI KIỀM.
4. HIỆU ỨNG ZEEMAN-MOMEN SPIN
5. BẢNG PHÂN LOẠI TUẦN HOÀN
6. LASER

BÀI TẬP
TRẮC NGHIỆM

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28></div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29></div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

<b>II. NGUYÊN TỬ HYDROGEN</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31></div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32></div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33></div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

@- Giải thích quang phổ vạch của nguyên tử Hydrogen:

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35>

<b> 3. Hiệu chỉnh khi xét chuyển động của hạt nhân:</b> TOP

<b> 4.Xác suất tìm thấy electron:</b> TOP

Xác suất tìm thấy electron ớ một thể tích dv nào đó được tính bằng cơng thức:

</div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>

Kết luận: Electron trong trong nguyên tử không chuyển động theo một quỹ đạo xác định như quan điểm cổ điển. Ta hình dung electron bao
quanh hạt nhân như một đám mây. Ðám mây nầy (hình 4.5) dày đặc ở những khoảng cách ứng với xác suất cực đại. Ðiều nầy cũng chứng tỏ sự
tồn tại lưỡng tính sóng hạt.

<b>CHƯƠNG 5 : VẬT LÝ HẠT NHÂN</b>

1. TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA HẠT NHÂN

1. Những tính chất cơ bản của hạt nhân
2. Tương tác giữa các nơtrôn và prôtôn
3. Lực tuơng tác hạt nhân

2. SPIN HẠT NHÂN

3. MÔMEN TỪ HẠT NHÂN
4. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

5. HIỆN TUỢNG PHĨNG XẠ

1. Sự phóng xạ tự nhiên

2. Ðịnh luật phóng xạ
6. SỰ PHÂN RÃ HẠT BÊTA VÀ HẠT NƠTRINO
7. SỰ VỠ HẠT NHÂN VÀ PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

1. Năng lượng vỡ hạt nhân

2. Phản ứng dây chuyền của sự vỡ hạt nhân Uran
3. Sự làm chậm nơtrôn bằng va chạm

4. Nguyên tắc lò phản ứng

8. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH VÀ NĂNG LƯỢNG NHIỆT HẠCH
1. Ðiều kiện thực hiện phản ứng nhiệt hạch
2. Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ
3. Phản ứng nhiệt hạch không điều khiển

4. Phương pháp sử dụng thực tế năng lượng phản ứng nhiệt hạch

BÀI TẬP
TRẮC NGHIỆM

<b>I. TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA HẠT NHÂN</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(37)</span><div class='page_container' data-page=37>

<b>Hạt nhân đồng vị</b>

Ðó là những hạt nhân bằng nhau về số Z nhưng khác nhau về số N (tức là khác nhau vế số khối A)
Ví dụ: Hydrogen có ba đồng vị là:

<b>Hạt nhân cùng khối lượng</b>

Ðó là những hạt nhân có cùng số khối A nhưng khác nhau về điện tích hạt nhân Z:

<b>Hạt nhân gương</b>

Ðó là những hạt nhân có cùng số khối A nhưng số Z của hạt nhân đầu bằng số N của hạt nhân sau. Ví dụ

<b>Kích thước hạt nhân:</b>

Qua nhiều phương pháp đo bán kính của hạt nhân như:

</div>
<span class='text_page_counter'>(38)</span><div class='page_container' data-page=38>

<b> 3. Lực tương tác hạt nhân</b> TOP

Hạt nhân có cấu trúc khá bền vững vì lý do các nuclon trong hạt nhân luôn hút nhau bằng những lực rất mạnh. Ðặc điểm của các lực này là:
@- Lực hạt nhân là những lực tác dụng ngắn trong khoảng cách vài Fecmi và lực này giảm rất nhanh khi bán kính tiến về khơng.
@- Lực ny khơng phụ thuộc vào diện tích tác dụng của các hạt nuclơn.

@- Lực có tính bảo hịa: Nghĩa là mỗi một nuclôn chỉ tương tác với một nuclôn kế cận mà không tương tác với nhiều nuclôn đồng thời.
@- Lực hạt nhân xảy ra do sự trao đổi Mêzơn theo những khả năng sau:

@- Thí nghiệm tán xạ của nơtrơn nhiệt có năng lượng cỡ 3 đến 10 eV với ngun tử Hydrogen có 2 prơtơn mà Spin là song song và đối
song cho thấy:

Tỷ số xác suất tán xạ với ngun tử Hydrogen có 2 prơtơn có Spin song song lớn gấp 30 lần xác suất tán xạ với ngun tử Hydrogen với 2
prơtơn có Spin là đối song. Ðiều này dẫn đến kết luận là tương tác hạt nhân là một loại tương tác mạnh phụ thuộc nhiều vào sự định hướng tương
hổ của mômem Spin của các hạt tương tác; Tương tác này khác với tương tác hấp dẫn và cũng khác với tương tác điện từ.

<b>II. SPIN HẠT NHÂN</b> TOP

Giống như electron hạt nhân gồm những nuclơn mà mỗi hạt đều có Spin S (trị riêng là s =1/2) bởi vì electron chuyển động tự quay quanh
nuclơn.

Nuclơn cũng có mơmem xung lượng quỹ đạo vì nó chuyển động xung quanh nhân:

</div>
<span class='text_page_counter'>(39)</span><div class='page_container' data-page=39>

Nếu số khối A của nguyên tử là số chẳn thì hàm sóng mơ tả trạng thái của ngun tử là hàm đối xứng lúc đó Spin sẽ là các số nguyên 1, 2,
3...

Nếu số khối A của ngun tử là số lẻ thì hàm sóng mơ tả trạng thái của nguyên tử là phản đối xứng lúc đó Spin sẽ là bán nguyên 1/2 , 3/2,
5/2...

<b>III. MÔMEN TỪ HẠT NHÂN</b> TOP

Tương tự như electron, hạt nhân cũng có momen từ riêng ứng với mơmen spin của nó. Theo ngun lý Pauli, hạt nhân có mơmem từ riêng
nên nó sẽ tác dụng với từ trường tạo ra do sự chuyển động của electron ở lớp vỏ, làm sinh ra năng lượng phụ E của electron ở lớp vỏ.

Do tương tác với từ trường được tạo ra do sự chuyển động của electron ở lớp vỏ nên năng lượng phụ E phụ thuộc vào trị số mômen từ
hạt nhân và sự định hướng của từ trườìng hạt nhân đối với tứ trường electron. Theo tính tốn lý thuyết, Pauli cho rằng: mômen từ của hạt nhân chỉ
định hướng theo một số phương nhất định so với từ trường của electron hóa trị. Thế nên năng lượng (E chỉ nhận một số gía trị gián đoạn. Số gía trị
này phụ thuộc vào trị số Spin của hạt nhân. Khỏang cách giữa các mức năng lượng tùy thuộc vào mômen từ hạt nhân.

Lưu ý: vì hạt nhân có hai loại hạt: Prơtơn mang điện dương nên có mơmen từ quỹ đạo. Hạt nơtrơn khơng mang điện, nên chỉ có mơmen
từ Spin. Như vậy mômen từ của hạt nhân bằng tổng mômen từ Spin của tất cả hạt nuclôn cộng với tổng mômem từ quỹ đạo của các prôtôn:

Số hạng thứ nhất ở vế phải của biểu thức 5.4 là tổng mômen từ quỹ đạo của các prôtôn thứ i. Số hạng thứ hai ở vế phải của biểu thức 5.4
là tổng mômen từ Spin của các prôtôn thứ i. Số hạng thứ ba ở vế phải 5.4 là tổng mômen từ Spin của các nơtrôn thứ i.

Ðơn vị mômen từ hạt nhân có tên là Magheton hạt nhân có gía trị bằng:

<b>IV. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT</b> TOP

Vì khối lượng có liên hệ với năng lượng theo cơng thức:

nên đơi khi người ta biểu diễn đơn vị của khối lượng là đơn vị của năng lượng là eV.
Ví dụ: khối lượng của electron là:

Khi tạo thành hạt nhân, người ta thấy rằng khối lượng của một hạt nhân được hình thành thì ln ln nhỏ hơn khối lượng của tổng các
nuclôn riêng lẻ tạo nên hạt nhân đó. Sự sai lệch về khối lượng đó gọi là độ hụt khối lượng m:

trong đó M là khối lượng của hạt nhân mới hình thành.

</div>
<span class='text_page_counter'>(40)</span><div class='page_container' data-page=40>

Ngược lại, từ một hạt nhân muốn phân nó ra thành các nuclôn thành phần, ta phải cung cấp một năng lượng E đúng bằng năng lượng liên
kết.

Ðể so sánh độ bền vững của từng hạt nhân ta cần tính năng lượng liên kết riêng
đối với một nuclơn và ta gọi tên nó là năng lượng liên kết riêng:

Nếu năng lượng liên kết riêng càng lớn, thì năng lượng cung cấp làm phân rã hạt nhân càng cao, vì thế hạt nhân đó được gọi là hạt nhân
bền. Ngược lại, nếu năng lượng liên kết riêng càng nhỏ hạt nhân được gọi là hạt nhân không bền.

Ðồ thị biểu diễn năng lượng liên kết theo số khối A của các nguyên tử được vẽ theo thực nghiệm như hình 5.1, dựa theo đồ thị ta thấy:

Trong các hạt nhân nặng thì năng lượng liên kết lại giảm bởi vì lúc này số prơtơn trong hạt nhân tăng lên nên lực đẩy Coulomb giữa các
Prôtôn mang điện cũng tăng lên làm cho năng lượng liên kết bị giảm xuống.

<b>V. HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ</b>

<b> 1.Sự phóng xạ tự nhiên</b> TOP

Thời trung cổ các nhà giả kim thuật đã tốn nhiều công sức để cố gắng biến đổi nguyên tố hóa học này thành ngun tố hóa học khác. Mục
đích thật sự của họ là sản xuất ra các kim loại qúi như vàng, bạc, bạch kim. Họ khơng thành cơng vì cơ sở khoa học vào thời đó cịn qúa yếu kém.
Tuy nhiên, thực tế thì hạt nhân của ngun tử khơng phải là bất biến mà có thể biến đổi thành các hạt nhân khác, thậm chí ở những điều kiện bình
thường.

Năm 1892 nhà vật lý học người Pháp Becquerel (đạt giải thưởng Nobel năm 1903) quan sát thấy muối Uran (Z=92) và những hợp chất của
nó phát ra các tia phóng xạ. Phân tích các tia phóng xạ người ta thấy có 3 loại tia phóng xạ là:

<b>Tính chất tia phóng xạ</b>

Các tia phóng xạ đều có một số tính chất giống nhau như có thể kích thích để tạo ra một số phản ứng hóa học, có thể ion hóa một số chất khí
và có khả năng xun thấu một số chất. Các tia phóng xạ đều có năng lượng ( gồm động năng các hạt và năng lượng sóng điện từ).

Khả năng xuyên thấu một số chất tuân theo bảng phân loại sau:

<b>Tính chất của q trình phóng xạ tự nhiên</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(41)</span><div class='page_container' data-page=41>

Kết luận : hiện tượng phóng xạ tự nhiên là một qúa trình biến đổi hạt nhân mà tổng khối lượng sau phản ứng bị giảm và sinh ra năng lượng,
năng lượng đó trở thành động năng của hạt chuyển động.

</div>
<span class='text_page_counter'>(42)</span><div class='page_container' data-page=42>

Ví dụ

<b>Chất phóng xạ Iot (Z=53, A= 131) dùng trong y tế có chu kỳ bán rã là 8 ngày</b> đêm. Nếu lúc đầu ta có 200 g chất này, thì sau hai tuần
lễ ta cịn lại là bao nhiêu gam?

Sự phóng xạ nhân tạo

</div>
<span class='text_page_counter'>(43)</span><div class='page_container' data-page=43>

Ðiều này cho thấy Spin lúc đầu là bán nguyên nhưng sau phản ứng tổng Spin của các hạt lại là số nguyên. Ðể giải thích vấn đề mâu thuẩn
trên, Pauli đưa ra giả thuyết về sự tồn tại hạt nơtrinô như sau:

<b>VII. SỰ VỠ HẠT NHÂN VÀ PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(44)</span><div class='page_container' data-page=44>

biến dạng và làm hạt nhân vỡ thành các mảnh nhỏ.

<b> 1. Năng lượng vỡ hạt nhân</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(45)</span><div class='page_container' data-page=45>

<b> 2. Phản ứng dây chuyền của sự vỡ nhân Uran</b> TOP

Muốn phản ứng dây chuyền xảy ra thì điều kiện cần thiết là mọi hạt nhân khi vỡ, phải phát ra một số nơtrơn. Những nơtrơn này lại có thể bắn
phá các nhân Uran khác ở gần đó và cứ thế phản ứng tiếp diễn thành một dây chuyền.

<b> 3. Sự làm chậm nơtrôn bằng va chạm</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(46)</span><div class='page_container' data-page=46>

<b> 4. Nguyên tắc lò phản ứng</b> TOP

Trong một lò phản ứng hạt nhân, các thanh Uran thiên nhiên hay plutôni rất mỏng xếp xen kẽ các lớp khá dày của chất làm chậm tạo thành
vùng hoạt động trong đó xảy ra phản ứng dây chuyền.

Như vậy, nơtrôn nhanh sinh ra do phản ứng phân hạch, sẽ bị giảm tốc đến vận tốc nhiệt trong chất làm chậm. Muốn điều chỉnh hoạt động của lị
mạnh lên hay yếu đi thì dùng các thanh Cadmi có đặc tính hấp thụ mạnh nơtrơn nhiệt: muốn lị chạy yếu đi thì cho dồn những thanh Cadmi vào lị,
muốn lị chạy mạnh lên thì rút dần ra, để bảo đảm hệ số nhân nơtrôn luôn luôn bằng đơn vị (k = 1) (hình 5.4).

Người ta cho chất làm lạnh chảy theo những đường ống vào trong lò để bảo đảm giữ nhiệt độ lị khơng cao q mức nguy hiểm. Nếu lò
dùng để cung cấp năng lượng thì chất làm lạnh đồng thời là chất tải nhiệt, chất này phải ít hấp thụ nơtrơn.

Một dịng nước thường sẽ nhận nhiệt nóng trong buồng trao đổi nhiệt và biến thanh hơi. Hơi nước sẽ kéo motor của máy phát điện rồi về
buồng ngưng hơi và trở về buồng trao đổi nhiệt. Chất tải nhiệt chạy theo chu trình từ lị đến buồng trao đổi nhiệt về lị, nhờ hệ thống bơm đặc biệt.
Ngồi ra lị phản ứng cịn có hệ thống điều khiển và bảo vệ. Hệ điều khiển dùng để khởi động, làm dừng hoặc thay đổi cơng suất lị phản ứng. Hệ
bảo vệ bảo đảm sự an tồn phóng xạ.

</div>
<span class='text_page_counter'>(47)</span><div class='page_container' data-page=47>

<b>VIII. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH VÀ NĂNG LƯỢNG NHIỆT HẠCH</b> TOP

Người ta nhận thấy có hiện tượng tỏa năng lượng khi kết hợp với các hạt nhân nhẹ tạo hạt nhân nặng. Thực vậy, nếu kết hợp các đồng vị
của Hydrogen để tạo thành hạt nhân Helium thì các phản ứng đó sẽ tỏa năng lượng. Thí dụ:

<b> 1. Ðiều kiện thực hiện phản ứng nhiệt hạch</b> TOP

<b> 2. Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ.</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(48)</span><div class='page_container' data-page=48>

Kết quả là bốn hạt nhân Hydrogen tạo thành một hạt nhân Helium, lượng Carbon không thay đổi. Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ hàng chục
triệu độ. Mỗi hạt nhân Helium hình thành sẽ tỏa ra năng lượng 26MeV và mỗi khi hình thành 4g Helium thì tỏa ra năng lượng 700.000 kWh.

<b> 3. Phản ứng nhiệt hạch không điều khiển</b> TOP

Muốn cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra, cần có nhiệt độ cao hàng chục triệu độ. Có thể dùng bom hạt nhân để tạo ra nhiệt độ đó, nhưng phản
ứng nhiệt hạch xảy ra sẽ chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn (cỡ 10-6s)rồi tắt hẳn. Vì vậy phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong điều kiện đó gọi là
phản ứng nhiệt hạch không điều khiển.

<b> 4. Phương pháp sử dụng thực tế năng lượng phản ứng nhiệt hạch</b> TOP

Mặc dù chưa thực hiện được hoàn toàn phản ứng nhiệt hạch điều khiển được, nhưng người ta vẫn dự kiến những cách sử dụng năng
lượng các phản ứng đó. Có thể biến trực tiếp năng lượng nhiệt hạch thành năng lượng điện: khi nén, năng lượng từ trường biến thành động năng
của platma, do đó phản ứng nhiệt hạch xảy ra và tỏa nhiệt. Nhiệt độ và áp suất sẽ tăng, platma lại dãn ngược với tác dụng nén của từ trường.
Thành thử khi dãn, năng lượng platma lại biến đổi thành năng lượng từ trường. Năng lượng từ trường có thể biến đổi trực tiếp thành năng lượng
điện.

</div>
<span class='text_page_counter'>(49)</span><div class='page_container' data-page=49>

<b>TRẮC NGHIỆM</b> TOP

4. Spin hạt nhân tạo ra là do:

a) Chuyển động tự quay quanh nhân của các nuclôn do sự chuyển động của điện tử ở lớp võ.
b) Các nuclôn trong hạt nhân luôn hút nhau bằng những lực rất mạnh.

c) Bán kính của hạt nhân qúa nhỏ.

</div>
<span class='text_page_counter'>(50)</span><div class='page_container' data-page=50>

e) Câu a, câu b, câu d đều đúng.

5. khối lượng của Deteri tương ứng với năng lượng vào khoảng:

a) 938,23 MeV. b) 3726,2MeV.
c) 1875,5 MeV d) 2000 MeV

6. Có một câu phát biểu sai:

a) năng lượng liên kết riêng càng lớn, thì năng lượng cung cấp làm phân rã hạt nhân càng cao.
b) năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân đó càng bền vững.

c) những hạt nhân nhẹ. là những hạt nhân bền vững.

d) một hạt nhân muốn phân nó ra thành các nuclơn thành phần, ta phải cung cấp một năng lượng (E đúng bằng năng lượng liên kết.

7. Sự phóng xạ tự nhiên:

a) hạt nhân của nguyên tử không phải là bất biến mà có thể biến đổi thành các hạt nhân khác.
b) những chất có khả năng phát ra các tia phóng xạ.

c) biến đổi nguyên tố hóa học này thành nguyên tố hóa học khác.
d) những chất phát ra bức xạ điện từ trường.

e) Câu b và d là đúng.

13. Năng lượng kích hoạt là:

a) Năng lượng cần thiết, nhỏ nhất để làm hạt nhân phân chia.

b) Năng lượng truyền cho các nuclôn riêng biệt bên trong hạt nhân tạo ra các dạng chuyển động nội tại.
c) Năng lượng dùng để kích thích chuyển động tập thể của tồn bộ hạt nhân.

</div>
<span class='text_page_counter'>(51)</span><div class='page_container' data-page=51>

15. Khi hạt nhân vỡ thì:

a) Khối lượng tổng cộng các mảnh vỡ ra bao giờ cũng nhỏ hơn khối lượng hạt nhân nặng.
b) Khối lượng tổng cộng các mảnh vỡ ra bao giờ cũng lớn hơn khối lượng hạt nhân nặng.

c) Xác suất xuất hiện các mảnh vỡ ra phụ thuộc vào số nuclôn A của chúng.

d) Câu a và câu b.

e) Câu a và câu c.

16. Muốn phản ứng dây chuyền xảy ra:

a) Nơtrôn sinh ra bị các tạp chất trong nhiên liệu hấp thụ nhanh.
b) Hệ số nhân nơtrôn k luôn là số dương.

c) Hệ số nhân nơtrôn k luôn lớn hơn hay bằng 1.
d) Mọi hạt nhân khi vỡ, phải phát ra một số nơtrôn.

17. Phản ứng nhiệt hạch là:

a) Hiện tượng tỏa năng lượng khi kết hợp với các hạt nhân nhẹ tạo hạt nhân nặng.
b) Phản ứng kết hợp các đồng vị của Hydrogen để tạo thành hạt nhân Helium.

c) Những phản ứng thường xảy ra trong lòng các thiên thể.
d) Tất cả những ý trên.

e) Không phải là những câu trên.

18. Muốn phản ứng nhiệt hạch xảy ra:

a) Cần có nhiên liệu nhiệt hạch là Litium Hiđrua LiD ở trạng thái rắn.
b) Chỉ cần có ánh sáng platma tồn tại trong một thời gian rất ngắn.
c) Cần nhiều nơtrơn có năng lượng nhỏ từ 0,1 --> 0,001eV.
d) Cần có nhiệt độ cao hàng chục triệu độ.

<b>CHƯƠNG 6 : VẬT LÝ HẠT SƠ CẤP</b>

I.TÍNH CHẤT CỦA CÁC HẠT SƠ CẤP
1.Khối lượng tĩnh
2.Thời gian sống
3.Ðiện tích.
4.Spin

5.Số lạ

6.Số Barion
7.Spin đồng vị
8.Ðối hạt
II.PHÂN LOẠI CÁC HẠT SƠ CẤP

1.Phân loại các hạt sơ cấp.

2.Công thức Gellman Nishijma.
III.TƯƠNG TÁC CỦA CÁC HẠT SƠ CẤP.

1.Tương tác mạnh.
2.Tương tác điện từ.
3.Tương tác yếu.

4.Tương tác hấp dẫn.
IV.CÁC HẠT QUARK

</div>
<span class='text_page_counter'>(52)</span><div class='page_container' data-page=52>

<b>I. TÍNH CHẤT CỦA CÁC HẠT SƠ CẤP</b>

<b> 1.</b> <b>Khối lượng tĩnh:</b> TOP

<b> 2. Thời gian sống</b> TOP

<b> 3. Ðiện tích</b> TOP

<b> 4. Spin</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(53)</span><div class='page_container' data-page=53>

<b> 6. Số Bariơn:</b> TOP

Các hạt sơ cấp có khối lượng lớn hơn hay bằng khối lượng prơtơn (p) có tên chung là các bariôn. Thành thử các bariôn gồm các nuclôn và
các Hypêrơn. Ðiều đặc biệt là trong các q trình biến đổi, người ta thấy khi nào mất đi một bariôn thì cũng có một bariơn mới xuất hiện.

<b> 7. Spin đồng vị</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(54)</span><div class='page_container' data-page=54>

<b> 8. Ðối hạt</b> TOP

<b>II. PHÂN LOẠI CÁC HẠT SƠ CẤP</b>

<b> 1. Phân loại các hạt sơ cấp</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(55)</span><div class='page_container' data-page=55>

<b> 2. Công thức Gellman và Nishijima</b> TOP

<b>III. TƯƠNG TÁC CỦA CÁC HẠT SƠ CẤP</b> TOP

Các hạt sơ cấp luôn luôn biến đổi; trong số các quá trình biến đổi ấy chúng ta có thể kể ra: q trình tán xạ của hạt lên hạt khác, quá trình
sinh một hạt, quá trình hủy một hạt,... Nói chung giữa các hạt sơ cấp có tương tác. Ngày nay, người ta biết có bốn loại tương tác giữa các hạt sơ
cấp:

<b> 1. Tương tác mạnh</b> TOP

Là tương tác giữa các adrơn trừ các q trình phân rã của chúng. Thí dụ tương tác giữa các nuclơn (q trình lukaoa) là một loại tương tác
mạnh:

<b> 2. Tương tác điện từ</b> TOP

</div>
<span class='text_page_counter'>(56)</span><div class='page_container' data-page=56>

<b> 3. Tương tác yếu</b> TOP

<b> 4. Tương tác hấp dẫn:</b> TOP

Tương tác hấp dẫn là tương tác phổ biến giữa các vật có khối lượng. Khi khảo sát các hạt sơ cấp người ta thường bỏ qua tương tác này vì
nó nhỏ quá không đáng kể.

Nếu so sánh độ mạnh tương đối giữa 4 loại tương tác trên, ta có bảng sau:

Tuy các tương tác có bản chất khác nhau nhưng đều tuân theo các định luật bảo toàn; bao gồm bảo toàn năng lượng, bảo tồn xung
lượng, bảo tồn mơmen xung lượng, bảo tồn điện tích, bảo tồn số bariơn, bảo tồn số leptơn electron, bảo tồn số leptơn mêzơn.

</div>
<span class='text_page_counter'>(57)</span><div class='page_container' data-page=57>

<b>V. CÁC LEPTƠN</b> TOP

Những tính tốn lý thuyết và kết qủa đo đạc thực nghiệm đã chứng minh rằng ở giới hạn năng lượng rất cao, bốn tương tác giữa các hạt
sơ cấp (mạnh, điện từ, yếu, hấp dẫn) là tiến đến cùng một giới hạn. Về mặt lý thuyết có thể biểu diễn bốn tương tác trên trong cùng một hệ thức
trường chuẩn Gauss của Younth-Mill. Nói cách khác có thể thống nhất bốn loại tương tác trên. Sự đồng nhất bốn tương tác trên gọi là lý thuyết
thống nhất vũ trụ.

<b>CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM</b>

<b>***&&&***</b>

1. Các hạt sơ cấp là:

a) Thực thể vi mô không thể tách thành các phần nhỏ hơn.
b) Vi hạt có khối lượng tĩnh coi như bằng không.

c) Các hạt không bền, chúng có thể phân rã thành các hạt khác.
d) Các hạt có thời gian sống rất lớn có thể coi như vô cùng.
e) Câu a và câu c.

3. Các hạt Bariôn là:

a) hạt xuất hiện khi mà có một bariơn nào đó biến mất.

b) hạt sơ cấp có khối lượng nhỏ hơn hay bằng khối lượng prơtơn.
c) hạt sơ cấp có khối lượng lớn hơn hay bằng khối lượng prôtôn.
d) các hạt nuclôn.

e) câu a, c, d đều đúng.
4. Spin đồng vị là:

</div>
<span class='text_page_counter'>(58)</span><div class='page_container' data-page=58>

c) Do có Spin nên một mức năng lượng của electron tách thành hai mức gần nhau.
d) Khái niệm dùng mô tả các trạng thái điện khác nhau của cùng một nuclôn.
e) Trạng thái ứng với các hình chiếu khác nhau của Spin.

5. Mỗi hạt sơ cấp đều có đối hạt tương ứng là:

a) hạt có cùng khối lượng, thời gian sống và Spin với hạt đang xét.
b) hạt có Spin, và điện tích giống với hạt đang xét.

c) hạt có điện tích, mơmen từ ngược dấu với hạt đang xét.
d) câu a và câu b.

</div>

<!--links-->