1. Trang Chủ
  2. Khoa học tự nhiên
  3. Bài tập nhóm môn Vật Lý đại cương: Bài Seminar

Bài tập nhóm môn Vật Lý đại cương: Bài Seminar

Bài tập nhóm nghiên cứu các nội dung: BEC, John-Dalton (1766-1844), định luật phân bố phân tử theo vận tốc (Phân bố Maxwell), phương trình van Der Waals, plasma, sự phân bố Boltzmann, chứng minh β=3α. Để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu mời các bạn cùng tham khảo. TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP.HCM KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN BỘ MÔN : VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG GIẢNG VIÊN PHỤ TRÁCH: THẦY HÀ SIU 1. BEC 2. JOHN­DALTON (1766­1844) 3. Định Luật Phân Bố Phân Tử Theo Vận Tốc (Phân Bố Maxwell) 4. PHƯƠNG TRINH VAN DER WAALS

Thể loại Tài liệu miễn phí Khoa học tự nhiên

Số trang 17

Ngày tạo 9/16/2019 6:05:26 PM +00:00

Loại tệp DOCX

Kích thước 0.52 M

Tên tệp

Tải Bài tập nhóm môn Vật Lý đại cương: Bài Seminar (.pdf)

Xem mẫu

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP.HCM KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN BỘ MÔN : VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG GIẢNG VIÊN PHỤ TRÁCH: THẦY HÀ SIU
  2. 1. BEC 2. JOHN­DALTON (1766­1844) 3. Định Luật Phân Bố Phân Tử Theo Vận Tốc (Phân Bố Maxwell) 4. PHƯƠNG TRINH VAN DER WAALS ̀ 5. PLASMA 6. SỰ PHÂN BỐ BOLTZMANN 7. CHỨNG MINH 
  3. BEC 1.  Khái niệm:  − Là trạng thái đặc biệt và còn khá mới lạ trong 5 trạng thái cơ bản của vật chất (Rắn,   lỏng, khí, plasma và BEC). − Có  thể  hình  dung trạng thái này như  một chất khí trong  đó  nguyên  tử  không còn  chuyển động một cách hỗn độn nữa mà bị  buộc phải hoạt động trong một không gian   thống nhất hoàn toàn, cùng vận tốc, cùng phương, cùng hướng. − Ví dụ  đơn giản như  heli lỏng  ở nhiệt độ  cực thấp, các nguyên tử  cũng ngưng tụ  lại  thành BEC (nhưng chỉ  được 10% trong số  đó thôi) làm cho Heli có tính siêu dẻo, có khả  năng leo ngược lên thành cốc và bò ra ngoài. 2.  Quá trình nghiên cứu và phát triển:  −  Lý thuyết:  Các hạt boson (là hạt có số lượng tử spin nguyên trong nguyên tử chất khí)  tuân theo thống kê Bose­Einstein do Bose đề xướng(1920), sau đó được Einstein phát triển  và hoàn thiện. Năm 1934, Einstein đã tiên đoán về  sự  tồn tại của trạng thái này sau khi   xảy ra sự ngưng tụ Bose­Einstein khi nhiệt độ của hệ khí đạt đến 0 độ tuyệt đối (0K). −  Thực nghiệm:  0K là 1 nhiệt độ  rất khó để  đạt được, do đó mãi đến cuối thế  kỷ  20,   nhờ  những tiến bộ trong kỹ thuật làm lạnh và giam nguyên tử  (làm lạnh bằng laze, bay  hơi; từ trường, điện trường..), con người mới có thể chế tạo được BEC: Những năm 80 TK trước, ý tưởng làm lạnh bằng laze nhưng chưa đủ  lạnh để  đạt đến trạng thái ngưng tụ. Làm lạnh bằng cách cho bay hơi các nguyên tử  còn ‘nóng’, sau khi chúng được  giam trong 1 ‘bẫy từ’. Và thành công đầu tiên đã xuất hiện vào năm 1995  mà đáng ngạc nhiên là các  trang thiết bị  cần thiết chỉ  đặt vừa đủ  trên một vài bàn thí nghiệm với tổng giá trị  dưới 100.000 USD. Mở  đầu thế  kỷ  XXI, công trình chế  tạo BEC bằng phương pháp  làm lạnh do bay hơi khối khí nguyên tử  loãng trong bẫy đã được tặng giải thưởng 
  4. Nobel   cho   ba   nhà   vật   lý:   Eric   A.Cornell   (Mỹ),   Wolfgang   Ketterle   (Đức)   và   Carl  E.Wieman (Mỹ) (năm 2001). Các nhà khoa học đã chế tạo BEC thành công từ các nguyên tử kiềm, Hidro hay   Heli; và cũng có thể từ các loại nguyên tử khác trong tương lai. 3.  Tính chất:  −  Tính chất cơ bản:  Đó là một khối các hạt đồng nhất có spin nguyên(boson), chúng đều   ở trong cùng một trạng thái cơ bản như nhau. Chúng có cùng một trạng thái lượng tử, mô  tả bằng cùng một hàm sóng, nghĩa là có cùng tần số, cùng bước sóng. −  Tính chất mới lạ:  Một số tính chất bức xạ gần BEC có dạng mô phỏng bức xạ gần hố đen trong   Vũ Trụ. Trong một số điều kiện đặc biệt,ánh sáng truyền trong BEC có tốc độ giảm đi   hàng chục triệu lần so với trong chân không, nghĩa là chỉ còn vài m/s thậm chí vài cm/s. BEC có thể leo ngược lên thành cốc và bò ra ngoài. 4.  Ứng dụng :  Việc tạo ra BEC đã mở đầu kỷ nguyên mới trong vật lý nguyên tử và vật lý trong trạng   thái ngưng tụ, đồng thời hứa hẹn những ứng dụng mới quan trọng trong công nghiệp.  Chế  tạo laze nguyên tử. Các laze nguyên tử  được dùng để  tạo ra các giao thoa  kế nguyên tử ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quang học nguyên tử, đo lường tinh vi, vi   phân tích... Chế  tạo các chip nguyên tử:  Với phương pháp quang khắc nano hiện đại, có   thể tạo ra các loại chip thực hiện các chức năng cực kỳ  đa dạng, dùng trong các giao   thoa kế, máy kỹ thuật toàn ảnh, kính hiển vi đầu dò quét và xử lý thông tin lượng tử... Vật liệu BEC với các tính chất đặc biệt, chắc chắn thời gian tới, sẽ  tạo ra   hướng công nghệ cao mới với hàng loạt cơ cấu linh kiện tinh vi mới, nhất là trong lĩnh  vực nano.
  5. JOHN­DALTON (1766­1844) John­Dalton là một nhà vật lí­ hoá học người Anh   rất nổi tiếng. Ông sinh ra trong một gia đình nghèo nên  không có điều kiện học tập và nghiên cứu, theo đuổi   ước   mơ   khoa   học   của   mình.   Nhưng   với   nghị   lực,   quyết   tâm,   năm   19   tuổi,   ông   đã   làm   hiệu   trưởng   1   trường   trung   học.   sau   này,   ông   nổi   tiếng   vì   những   đóng góp, lí giải của ông về  bệnh mù màu,… và đặc  biệt là thuyết nguyên tử.  Lý thuyết về nguyên tử của  Dalton là cơ sở để xây dựng các lý thuyết khác về nguyên tử sau này. ĐỊNH LUẬT DALTON Do nhà vật lí học và hoá học Anh Đantơn (J. Dalton) đề ra (1801 ­ 1803): 1. Áp suất của hỗn hợp những khí không hoá hợp với nhau, bằng tổng của các áp   suất riêng phần của từng khí trong hỗn hợp. Định luật được áp dụng gần đúng   cho khí thực ở áp suất thấp (tức là gần trạng thái lí tưởng). Xét một hỗn hợp khí gồm nhiều chất khí không phản ứng với nhau, ta có:  Ở một nhiệt độ xác định, áp suất toàn phần của một hỗn hợp khí bằng tổng số  áp suất riêng phần của các cấu tử của hỗn hợp. o ptoàn phần = p =p1+p2+….+pn= ∑pi  Mỗi khí đều tuân theo PT khí lý tưởng:   Phân mol và áp suất riêng phần Phân mol xi của cấu tử i trong hỗn hợp khí là : xi = ni / ∑ni  Áp suất riêng phần pi của mỗi cấu tử của hỗn hợp khí có thể tích V là áp suất mà  cấu tử ấy gây ra khi đứng riêng một mình và cũng chiếm thể tích V ở cùng một nhiệt  độ: pi = xip
  6. 2. Ở  nhiệt độ  không đổi, độ  tan của mỗi khí (trong hỗn hợp khí) vào một khối   lượng xác định của dung môi tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần của nó trên dung   môi, không phụ  thuộc vào áp suất chung của hỗn hợp khí và hàm lượng các khí   khác. Định luật này chỉ  đúng cho những hỗn hợp khí có áp suất chung bé và độ  tan của các khí không lớn. Ví  dụ: Khi  thu  giữ   khí  oxy bằng cách   đẩy qua  nước vào trong một bình dốc ngược, sự  hiện diện   của hơi nước trong bình phải được xét đến khi tính   lượng   oxy   thu   được.   Cách   điều   chỉnh   được   thực  hiện dễ dàng bằng việc dùng định luật Dalton về áp   suất riêng phần.
  7. Định Luật Phân Bố Phân Tử Theo Vận Tốc (Phân Bố Maxwell) James   Clerk   Maxwell (sinh   ngày   13   tháng   6   năm   1831   tại  Edinburgh, Scotland – mất ngày 5 tháng 11 năm 1879) là một  nhà toán  học, một nhà vật lý học người Scotland. Có thể nói Maxwell là nhà vật   lý học có ảnh hưởng nhất tới nền vật lý của thế kỉ 20, người đã đóng  góp vào công cuộc xây dựng mô hình toán học hiện đại.   Trong số  những công trình nổi tiếng của ông có công trình nghiên cứu về sự phân bố phân tử khí   theo vận tốc (1859).       Maxwell đã giải quyết thành công bài toán phân bố trên bằng những lý luận như  sau: “nếu thành bình chứa khí là bất động (V=const) và không xuyên thấm với các hạt  phân tử  (N=const) nhưng cho phép trao đổi nhiệt giữa khí và xung quanh, thì sau một  thời gian nhất định trong bình đạt trạng thái cân bằng.” Sử dụng phương pháp thống kê, Maxwell đã tìm được: số phân tử dn có vận tốc  trong khoảng dv từ v đến v + dv trong tổng số phân tử  khí ở  nhiệt độ đồng đều T và   không đặt trong trường lực nào, theo công thức:             Trong đó :   m: Khối lượng một phân tử.  k: Hằng số Boltzmann ( k = 1,3824.10­23 J/K).  : hàm phân bố Maxwell. Thông số T ở đây đặc trưng cho tập thể hạt nói chung, và đồ thị hàm số phân bố  theo hình vẽ dưới đây: 
  8.           Khi điều kiện tiếp xúc nhiệt trên biên ngăn cách   giữa khí và môi trường bị  thay đổi thì chính hàm phân  bố bị thay đổi theo.  Ví dụ thay vì tiếp xúc đẳng nhiệt (a) lại xảy ra tiếp xúc   đoạn nhiệt (b), nghĩa là loại trừ  mọi sự  trao đổi năng   lượng   dưới   bất   kỳ   hình   thức   nào,   thì   nội   năng   toàn  phần Etp sẽ  giữ  nguyên giá trị  chính xác của mình, chứ  không phải là trung bình. Khi đó hàm phân bố  có dạng  cực kỳ giản đơn: (về hình thức là ứng với T →  ∞) f(v) =   const là một đường thẳng. Tất cả các độ  lớn vận tốc v   đều có cùng xác suất như nhau. Lần đầu tiên trong lịch sử  vật lý học, một công thức một công thức được rút ra   hoàn toàn dựa vào xác suất thống kê, tuy nhiên công thức lại rất chính xác. Điều này đã   được nhà vật lý học người Đức Otto Term kiểm chứng bằng thực nghiệm năm 1920 (hơn 60 năm sau khi hàm phân bố Maxwell ra đời). Phân bố  Maxwell của các phân tử  theo vận tốc  (đồ thị). Với sự tăng nhiệt độ, số lượng các phân  tử nhanh sẽ tăng lên nhưng điện tích dưới đường  cong vẫn giữ nguyên không đổi. Từ  hàm phân bố trên Maxwell đã đưa ra kết luận tổng quát sau: “Vận tốc được   phân bố  giữa các hạt theo cùng một quy luật như  quy luật phân bố  sai số  quan sát  (phân phối chuẩn). Vận tốc nằm trong khoảng [0,+∞) nhưng số phân tử có vận tốc quá   lớn hay quá bé tương đối ít”. Điều đặc biệt là phân bố này không rút ra từ lối suy nghĩ   nhân quả thông thường mà dựa trên những tính chất đối xứng của vật lý. Từ chỗ yêu   cầu của hệ vật lý thỏa mãn một số đối xứng nào đó ta đi đến một số tính chất ở dạng   thực nghiệm. Về phương pháp mà nói thì tư  tưởng này còn có ý nghĩa rất quan trọng  đối với cơ học lượng tử, khi mà nói chung người ta không giải thích chính xác được  mà   chỉ có thể đón nhận tính chất thực nghiệm dựa trên tính chất đối xứng của nó.
  9. Có thể nói ngày khai sinh ra “bức tranh thống kê trong vật lý học” ngày 21 tháng 9   năm 1859 khi James Clerk Maxwell báo cáo kết quả của mình tại phiên họp của Hội hỗ  trợ phát triển khoa học Anh. PHƯƠNG TRINH VAN DER WAALS ̀ Johannes Diderik Van der Waals (23 tháng 11 năm 1837 ­ 08  tháng ba 1923) là một nhà vật lý lý thuyết và nhiệt động học Hà  Lan  nổi   tiếng  cho  công  việc  của   mình   trên   một  phương  trình   trạng thái khí và lỏng. Tên của ông chủ yếu là liên quan đến phương trinh Van der ̀   Waals.   Ông   trở   thành   giáo   sư   vật   lý   đầu   tiên   của   Đại   học  Amsterdam, khi nó mở  cửa vào năm 1877 và giành  giai Nobel vât ̉ ̣  lý vào năm 1910. PHƯƠNG TRINH VAN DER WAALS ̀ Phương trinh Van der Waals la ph ̀ ̀ ương trinh trang thai cua khi th ̀ ̣ ́ ̉ ́ ực do Johannes   Diderik Van der Waals đê xuât năm 1873, d ̀ ́ ựa trên hai gia thuyêt: ̉ ́  Cac phân t ́ ử khi co kich th ́ ́ ́ ươc nhât đinh. ́ ́ ̣  Cac phân t ́ ử hut nhau băng l ́ ̀ ực co ban kinh tac dung ngăn. ́ ́ ́ ́ ̣ ́
  10. Sự sai khac c ́ ơ ban gi ̉ ưa khi ly t ̃ ́ ́ ưởng va khi th ̀ ́ ực vê l̀ ực tương tac gi ́ ưa cac phân t ̃ ́ ử   đa đ ̃ ược Van der Waals vân dung đê hiêu chinh ph ̣ ̣ ̉ ̣ ̉ ương trinh trang thai khi ly t ̀ ̣ ́ ́ ́ ưởng do   tac dung cua l ́ ̣ ̉ ực tương tac tông h ́ ̉ ợp giưa cac phân t ̃ ́ ử  la l ̀ ực đây hoăc la l ̉ ̣ ̀ ực hút. Từ đó  ông đa xac lâp đ ̃ ́ ̣ ược phương trinh trang thai cua khi th ̀ ̣ ́ ̉ ́ ực (1873) mang tên phương trinh ̀   Van der Waals: Phương trinh trên goi la ph ̀ ̣ ̀ ương trinh Van der Waals đôi v ̀ ́ ới môt mol khi th ̣ ́ ực.   Trong đo:  ́  p: Áp suât. ́  V:  Thê tich. ̉ ́  T: Nhiêt đô tuyêt đôi. ̣ ̣ ̣ ́  R: Hăng sô khi li t ̀ ́ ́ ́ ưởng.  a va b: Cac hăng sô xac đinh băng th ̀ ́ ̀ ́ ́ ̣ ̀ ực nghiêm, đăc tr ̣ ̣ ưng cho kich th ́ ươc va ́ ̀  lực tương tac gi ́ ưa cac phân t ̃ ́ ử  cua t ̉ ưng loai khi, đ ̀ ̣ ́ ược goi la cac hăng sô ̣ ̀ ́ ̀ ́  Van der Waals. Phương trinh Van der Waals đem lai nhiêu tac dung th ̀ ̣ ̀ ́ ̣ ực tê. Khi li t ́ ́ ́ ưởng măc du la ̣ ̀ ̀  môt mô hinh ly thuyêt đăc biêt h ̣ ̀ ́ ́ ̣ ̣ ưu hiêu trong vât ly nh ̃ ̣ ̣ ́ ưng đa đ ̃ ược đơn gian hoa đên ̉ ́ ́  mưc tôi đa. Mô hinh nay t ́ ́ ̀ ̀ ương  ưng v́ ơi chât khi co mât đô nho đên nôi t ́ ́ ́ ́ ̣ ̣ ̉ ́ ̃ ương tac gi ́ ữa  cac phân t ́ ử cua no va kich th ̉ ́ ̀ ́ ươc cua cac phân t ́ ̉ ́ ử không đong bât ki vai tro gi. Trong khi ́ ́ ̀ ̀ ̀   đo ph ́ ương trinh Van der Waals t ̀ ương  ưng v ́ ơi mô hinh th ́ ̀ ực tê h ́ ơn nhiêu. Trong mô ̀   hinh Van der Waals, cac phân t ̀ ́ ử  la cac qua câu c ̀ ́ ̉ ̀ ứng tuyêt đôi co đ ̣ ́ ́ ường kính rât nhó ̉  nhưng hưu han ma gi ̃ ̣ ̀ ưa chung chiu tac dung cua cac l ̃ ́ ̣ ́ ̣ ̉ ́ ực hut t ́ ương hô giam nhanh theo ̃ ̉   khoang cach. ̉ ́ Phương trình Van der Waals đuợc sử  dụng cực kỳ  rộng rãi trong vật lý và kỹ  thuật. Phương trình này mô tả toàn bộ bức tranh dáng điệu của một chất từ trạng thái   khí đến trạng thái lỏng. Nó không phức tạp và dễ sử dụng. Một điều rất quan trọng là   nó dựa trên cơ sở của một mô hình chất đơn giản nhưng mang tính thực tế  và có thể  đưa ra cách giải thích mang tính thuyết phục. Với sự xuất hiện phương trình trạng thái của khí thực sinh ra cả điều bí ẩn của  phương trình này. Vấn đề  là  ở  chỗ  một mặt chính Van der Waals không đưa ra kết   luận chặt chẽ  của mình. Nói đúng hơn là ông phỏng đoán câu trả  lời và phỏng đoán  dựa trên cơ sở những lập luận giống như thật nhưng hoàn toàn không chặt chẽ. Mặt   khác, chưa có một ai thu được kết luận toán học chặt chẽ của phương trình này. Tất  
  11. nhiên, phương trình này không có cơ sở lý thuyết vững chắc nhưng tỏ ra hết sức đúng   đắn. Một số nhà vật lý thậm chí còn phát hiện ở đây một sự thần bí nào đó. Vi vây cho đ ̀ ̣ ến nay, điều bí  ẩn của phưong trình Van der Waals vẫn chưa có lời   giải đáp đầy đủ.
  12. PLASMA Mặt          Trước kia người ta cho rằng vật chất chỉ tồn tại   trời   tồn   tại   ở  ba dạng: rắn (solid), lỏng (liquid) và khí (gas). Mãi   ở dạng plasma  cho đến gần đây thì người ta mới phát hiện ra ngoài  ba dạng tồn tại trên vật chất còn tồn tại ở dưới một   dạng khác gọi là Plasma. Vậy Plasma là gì?                Plasma là trạng thái thứ  tư  của vật chất (các  trạng   thái   khác   là rắn, lỏng, khí)   trong   đó   các   chất  bị ion   hóa mạnh.   Đại   bộ   phận phân   tử hay  nguyên  tử chỉ   còn   lại hạt   nhân;   các electron chuyển   động  tương đối tự do giữa các hạt nhân. Một chất  ở  thể  rắn (ta có nói nó  ở  pha rắn), cứ  tiếp tục cung cấp nhiệt nó sẽ  chuyển sang pha lỏng (hóa lỏng), và rồi sẽ chuyển sang pha khí (hóa hơi). Đối với một   số chất bền nhiệt như vonfram, nhiệt hóa hơi của nó rất cao, cỡ 5000C. Tuy nhiên, nếu  ta cứ tiếp tục nung nóng, lên đến nhiệt độ cỡ 20000C thì tại đây, bất cứ chất nào cũng  sẽ  chuyển sang trạng thái thứ  tư  “Plasma”. Vì vậy, Plasma không phổ  biến trên Trái  Đất. Tuy nhiên trên 99% vật chất thấy được trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma, vì  thế  trong bốn trạng thái vật chất, plasma được xem như  trạng thái đầu tiên trong vũ  trụ. Plasma là sự tụ họp của các hạt (chủ yếu là các electron và ion) có cùng một tính   chất (ví dụ  như  sóng) thống trị  và quyết định sự  hoạt động của hệ  thống. Plasma là   một hỗn hợp khí ion hóa, trong đó bao gồm các hạt mang điện như electron, ion, và kể  cả các hạt trung hòa. Trong hỗn hợp đó giá trị tuyệt đối của điện tích dương bằng giá  trị  tuyệt đối của điện tích âm => Plasma là hệ  trung hòa điện tích, và là vật dẫn điện   tốt. Khi có sự  mất cân bằng điện tích thì trong plasma sẽ  sinh ra một  điện trường   mạnh để ngăn cản sự mất cân bằng và làm cho plasma này trở nên trung hòa về điện. CÁC LOẠI PLASMA: Dựa vào nhiệt độ có hai loại:
  13.   Plasma nhiệt độ  thấp  có nhiệt độ  trong khoảng 3000­70000K, thường được   sử dụng trong đèn huỳnh quang, ống phóng điện tử, tivi plasma…   Plasma nhiệt độ cao  có nhiệt độ lớn hơn 70000K, thường gặp  ở mặt trời và  các ngôi sao, trong phản ứng nhiệt hạch…  Dựa vào bậc ion hóa có hai loại plasma: ion hóa hoàn toàn và ion hóa một phần.  Dựa theo quan điểm nhiệt động học có hai loại:    Plasma cân bằng (hoặc plasma đẳng nhiệt)  là trong đó các hạt có cùng nhiệt  độ,trung hòa về điện vì các hạt mang điện mất đi luôn được bù lại do quá trình  ion hóa, nó tồn tại mà không cần lấy năng lượng từ bên ngoài.   Plasma không cân bằng (hoặc plasma bất  đẳng nhiệt)   không trung hòa về  điện, nhưng sự  phá vỡ  trung hòa đó không phải là lớn, nó tồn tại cần có năng  lượng từ bên ngoài, nếu không nhận được năng lượng từ  bên ngoài thì plasma  sẽ tự mất đi. Dựa vào sự ion hoá có hai loại plasma   Nếu sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận  năng lượng từ các dòng vật chất  bên ngoài, như từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là  plasma nguội .   Thí dụ  như đối với hiện tượng phóng điện trong chất khí, các electron bắn từ catod ra   làm ion hóa một số phân tử trung hòa. Các electron mới bị tách ra chuyển động  nhanh trong điện trường và tiếp tục làm ion hóa các phân tử  khác. Do hiện   tượng ion hóa mang tính dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị  ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma. Trong thành phần cấu tạo  loại plasma này có các ion dương, ion âm, electron và các phân tử trung hòa..  Nếu sự  ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử  hay nguyên tử  ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng    .   Khi nhiệt độ  tăng dần, các  electron bị tách ra khỏi nguyên tử, và nếu nhiệt độ khá lớn, toàn bộ các nguyên   tử  bị  ion hóa.  Ở  nhiệt độ  rất cao, các nguyên tử  bị  ion hóa tột độ, chỉ  còn các   hạt nhân và các electron đã tách rời khỏi các hạt nhân.  Các hiện tượng xảy ra trong plasma chuyển động là rất phức tạp. Để  đơn giản   hóa, trong nghiên cứu plasma, người ta thường chỉ  giới hạn trong việc xét các khối  plasma tĩnh, tức là các khối plasma có điện tích chuyển động nhưng toàn khối vẫn đứng  yên.
  14. Các   ví   dụ   về   plasma   dễ   thấy   nhất   là mặt   trời,   các ngôi   sao, đèn   huỳnh  quang và sét.
  15. SỰ PHÂN BỐ BOLTZMANN Ludwig Eduard Boltzmann (20 tháng 2 năm 1844 – 5 tháng 9 năm 1906) là một nhà  vật lý nổi tiếng người Áo, thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Áo, ông là   người bắc cầu cho vật lý hiện đại, với những công trình đặt nền móng cho các lĩnh vực   khoa  học   gồm cơ   học   thống  kê và nhiệt   động  lực   học   thống  kê.   Ông  là   một   trong  những  nhân  vật  có  đóng  góp   lớn,  bảo  vệ  cho  thuyết   nguyên  tử khi  mô  hình nguyên  tửvẫn còn đang gây ra sự tranh cãi cao. Ngoài Max Planck ra, ông cũng là người có công  đầu đề xuất ý tưởng cho thuyết lượng tử.  Định luật phân bố Boltzmann .  − Năng lượng chuyển động nhiệt còn gọi là nhiệt năng của một vật nào đó chính   là tổng năng lượng chuyển động của tất cả  các phân tử  cấu tạo nên vật. Việc xét  riêng nhiệt năng và sự  biến đổi của nó trong một vật là rất khó khăn bởi vì năng  lượng chuyển động nhiệt của các phân tử  luôn luôn liên quan mật thiết với thế  năng tương tác giữa các phân tử. Chẳng hạn khi đung nóng vật, nhiệt độ  của nó   tăng lên thì không những năng lượng chuyển động mà cả thế năng của các phân tử  cấu tạo nên vật cũng đều biến đổi. Vì vậy, để thuận tiện cho việc tìm hiểu sâu về  năng lượng chuyển động nhiệt ta chọn khí lý tưởng trong đó lực tương tác và do đó  thế năng tương tác giữa các phân tử rất nhỏ, có thể bỏ qua. − Ðối với các khí một nguyên tử  (ví dụ  như  Hêli, Nêon, Argon) ta có thể  coi phân  tử như là chất điểm. Phân tử có 1 nguyên tử chỉ có động năng của chuyển động tịnh  tiến còn động năng ứng với chuyển động quay thì không có. Nguyên tử gồm một hạt  nhân tập trung hầu hết khối lượng nguyên tử  và một vành nhẹ  của các electron.  Khi các phân  tử  va chạm nhau  thì ngoài việc trao  đổi cho nhau  động năng của   chuyển động tịnh tiến phân tử, phân tử này còn truyền cho vành electron của phân  tử kia một xung lượng quay. Nhưng xung lượng này không làm quay được hạt nhân  vì giữa hạt nhân và vành electron không có sự liên kết rắn chắc. Hơn nữa vì mômen  quán tính I của chuyển động quay của phân tử  có 1 nguyên tử  nhỏ  có thể  coi bằng  không (vì bán kính hạt nhân quá nhỏ) do đó động năng của chuyển động quay phân   tử cũng coi như bằng không, nghiã là cho rằng nguyên tử không quay. Vậy đối với khí lý tưởng một nguyên tử  chứa N phân tử  thì năng lượng chuyển  động nhiệt của nó sẽ là:
  16. Và đối với một mol chất khí này thì năng lượng chuyển động nhiệt là: Động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của một phân tử có thể coi như  gồm 3 thành phần: những thành phần động năng của chuyển động của phân tử theo 3   phương vuông góc với nhau: Vì tính chất hoàn toàn hỗn loạn của chuyển động phân tử nên ta có thể coi như: − Sự phân bố động năng của phân tử  một nguyên tử thành 3 thành phần độc lập   liên quan tới việc coi phân tử  như  một chất điểm có 3 bậc tự  do. Ta nhớ  rằng số  bậc tự  do của một cơ hệ là số  toạ  độ  độc lập cần thiết để  xác định vị  trí và cấu  hình của cơ hệ đó trong không gian. − Từ nhận xét trên ta suy ra rằng đối với mỗi bậc tự do, động năng trung bình của   chuyển động tịnh tiến  của phân tử có 1 nguyên tử là bằng nhau và bằng KT/2. − Từ đó, một cách tự nhiên, người ta giả thiết rằng nếu như phân tử còn có thêm   một số bậc tự  do khác thì đối với mỗi bậc tự  do này cũng sẽ  có thành phần động   năng trung bình là KT/2. − Trong phạm vi vật lý cổ  điển lý thuyết trên đã được chứng minh và được phát  biểu một cách đầy đủ như sau:  Nếu hệ phân tử ở trạng thái cân bằng với nhiệt độ   T thì động năng trung bình phân bố đều theo bậc tự do và ứng với mỗi bậc tự do của   phân tử thì động năng trung bình là KT/2 .  Ðó là định luật của sự phân bố đều động năng theo bậc tự do hay gọi tắt là  Định   luật phân bố đều năng lượng Boltzmann.  
  17. CHỨNG MINH  Chiều dài nở ra là: ( theo công thức nở dài) Thể tích là : Khai triển ra ta có : Mà  nên rất nhỏ nên bỏ qua ( vì  khoảng ) Tóm lại:     Vậy ta có được điều phải chứng minh.
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược