- Trang Chủ
- Vật lý
- Giáo trình phân tích cấu tạo đường đi vận tốc ánh sáng bằng thuyết tương đối bức xạ nhiệt p6
Xem mẫu
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
được hướng dẫn đập vào dynod D2 gây ra sự phát điện tử thứ cấp kế tiếp ... Cứ như vậy số
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
điện tử được nhân lên gấp bội trước khi đến anod A.
w w
w
w
o
o
c .c
.
.d o .d o
ack c u -tr a c k
c u -tr
Ở các hiệu điện thế thường dùng (hiệu điện thế giữa các dynod thường dùng vào khoảng
80 volt tới 120 volt), các electron khi đập vào các dynod có những năng lượng lớn hơn năng
lượng của photon nhiều. Sự phát ra điện tử thứ cấp tùy thuộc chất làm dynod, năng lượng
của điện tử sơ cấp, góc tới của các điện tử này...
Gọi d là hệ số phát điện tử thứ cấp trung bình của các dynod (hệ số phát điện tử thứ cấp
được định nghĩa là tỷ số giữa số điện tử thứ cấp phát ra và số điện tử sơ cấp đập vào dynod). N
là số điện tử tới dynod thứ nhất, số điện tử tới anod là : Ndn
Với n là số dynod của máy. Với năng lượng điện tử sơ cấp đập vào dynod vào khoảng 700
eV tới 900 eV, trị số của d có thể lên tới trên 10. Thí dụ hợp kim AgMg, d = 15 (cực đại) khi
năng lượng điện tử sơ cấp vào khoảng 300 eV. Ngoài ra ta thừa nhận d tỷ lệ với hiệu điện thế
Vo giữa hai dynod liên tiếp (d = k . Vo, k : hằng số).
Với một máy nhân quang điện thông thường, số điện tử tới anod có thể gấp triệu lần số điện
tử tới dynod thứ nhất (dn = 106)
Do đó cường độ dòng quang điện rất lớn so với trường hợp một tế bào quang điện chân
không đơn giản.
3. Pin quang điện.
Pin quang điện còn gọi là tế bào lớp dừng, là một áp dụng của hiệu ứng quang điện trong
khi một chất bán dẫn như germanium hay selenium, tiếp xúc với một kim loại thích hợp thì có
thể phát sinh một sức điện đông khi được chiếu sáng. Sơ đồ cấu tạo của một pin quang điện bán
dẫn kim loại như hình vẽ 9.
B là lớp bán dẫn tiếp xúc với một bản kim loại A thích
hợp, a là một vành kim loại tiếp xúc với một lớp vàng C rất
a
mỏng để ánh sáng đi qua được.
Vành a và bản kim loại A đóng vai trò hai điện cực của
máy phát quang điện. Khi rọi ánh sáng vào lớp bán dẫn qua
lớp C, ta được một dòng quang điện i theo chiều như trên hình
vẽ .
a c –
Một yếu tố rất thuận lợi của Pin quang điện là không cần
B
+
môt nguồn cung cấp điện thế như các loại tế bào quang điện
A’
H. 9 mô tả ở trên, đồng thời có độ nhạy khá lớn, cỡ vài trăm
(A/lumen.
Hiệu ứng quang điện có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống hàng ngày cũng như
trong các phòng thí nghiệm. Các tế bào quang điện, pin quang điện, máy nhân quang điện ...
được dùng trong các phép đo quang học cần sự chính xác cao, trong các mạch tự động, ... một
ứng dụng quan trọng và có nhiều triển vọng là biến đổi quang năng của ánh sáng mặt trời, một
nguồn năng lượng vô hạn, thành điện năng để phục vụ đời sống.
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
§§7. LÝ THUYẾT VỀ PHOTON.
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
c .c
.
.d o .d o
ack c u -tr a c k
Ta đã thấy, để giải thích hiệu ứng quang điện, Einsteins đã khai triển thuyết lương tử của
c u -tr
plack và đưa vào thuyết photon, cho rằng năng lượng ánh sáng được tập trung trong những hạt
nhỏ gọi là photon hay quang tử. Như vậy, song song với bản chất sóng, chúng ta đã chấp nhận
bản chất hạt của ánh sáng, tuy nhiên đây không phải là những hạt cơ học đơn giản như quan
niệm của Newton mà có những thuộc tính riêng của nó.
Một chùm ánh sáng đơn sắc có tần số ( gồm vô số các hạt photon, mỗi hạt có một năng
lượng là h(, trong đó h là hằng số planck.
Mỗi một đơn sắc ứng với một loại photon có năng lượng nhất định. Trong chân không, tất
cả các loại photon đều truyền đi với vận tốc C ( 300.000 km/giây, nhưng trong một môi trường
khác, photon của mỗi đơn sắc lại có một vận tốc truyền riêng
C
Vν =
n
Theo thuyết tương đối, giữa khối lượng m và năng lượng W của một vật, có hệ thức liên lạc
W = mc2. Vậy khối lượng của photon là :
W hν
m= =
C2 C2
Động lượng của photon có trị số là :
hν h
p = mc = =
Cλ
hay: Ġ (làĠ vectơ sóng, song song với phương truyền sáng và cóĠ)
Ngoài ra theo thuyết tương đối, một vật có khối lượng tĩnh mo (khối lượng khi đứng yên) thì
khi chuyển động với vận tốc V có khối lượng là :
mo
m=
2
⎛V⎞
1− ⎜ ⎟
⎝C⎠
Với photon, ta có v = c. Như vậy nếu photon có mo ( 0 thì phải có m = (.
Điều này trái với thực tế. Vậy ta phải công nhận photon là một loại hạt đặc biệt có khối
lượng tĩnh mo ( 0. Hay ta cũng có thể nói khi một photon bị ngừng lại thì lập tức tất cả năng
lượng W = mC2 của nó chuyển cho một vật khác (giả sử trong trường hợp hấp thụ hoàn toàn)
và photon đó hết tồn tại.
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
Chương X
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
c .c
.
.d o .d o
ack c u -tr a c k
c u -tr
HIỆU ỨNG COMPTON
§§1. KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM.
Là một hiện tượng nổi bật về bản tính hạt của ánh sáng. Hiện tượng này được khảo cứu
đầu tiên bởi Compton vào năm 1923, khi ông nghiên cứu sự khuyếch tán (háy tán xạï) tia X
bởi graphit (than chì). Khi cho một chùm tia x có độ dài sóng ( đi qua một khối graphit,
chùm tia bị khuyếch tán. Khi khảo sát chùm tia khuyếch tán ở một góc khuyếch tán ( nhờ
một máy quang phổ, người ta thấy ngoài vạch ứng với độ dài sóng ( còn một vạch ứng với
độ dài sóng (’ lớn hơn (. Compton đã giải thích hiện tượng này bằng sự đụng giữa photon
với electron của chất khuyếch tán, trong đó ông coi photon như một hạt có tính cơ học.
Sơ đồ thí nghiệm khảo sát hiệu ứng compton như hình vẽ 1. Chùm tia X phóng ra từ ống
T được chuẩn trực nhờ hai khe F1 và F2, do đó chùm tia tới A (vật tán xạï) coi như song
song. Một phần của chùm tia này đi thẳng qua A, một phần bị tán xạ. Các chùm tia tán xạ
ứng với các góc khác nhau, được thu vào máy quang phổ B, máy này có thể di chuyển trên
một cung tròn xung quanh vật tán xạï A. Ứng với một góc tán xạï (, máy quang phổ ghi
được hai vạch ứng với hai độ dài sóng ( và (’ như trên đã nói.
B
T
A
ϕ
F1 F2
H. 1
Thí nghiệm cho thấy độ lệch về độ dài sóng (( = (’ - ( không tùy thuộc năng lượng của
photon X và chất tán xạï, mà chỉ tùy thuộc góc tán xạï (. Hình vẽ 2 là kết quả của hiệu ứng
compton thực hiện với vạch K( của Molybden, tán xạï bởi Carbon, đo ở các góc ( = 0o, 45o,
90o Tia X phát ra từ nguồn chứa nhiều độ dài sóng. Do đó muốn chỉ có một độ dài sóng, thí
dụ chỉ có một vạch K(, ta phải cho tia X đi qua một bộ phận lọc, trước khi tới vật tán xạï.
ϕ=0
∆λ(Ao)
(a)
0 5x10-2
3 4
1 2
B
A
ϕ = 45o
∆λ
(b)
0 1 2 3 4 5
B
ϕ = 90o
A
∆λ
(c)
0 3 4
1 2 5
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
Ngoài ra, ta cũng nhắc lại, vạch K( (tia X) do sự di chuyển của electron từ tầng L xuống
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
tầng K của nguyên tử chất dùng làm đối âm cực trong ống phóng tia X (trong thí dụ của
w w
w
w
o
o
c .c
.
.d o .d o
ack c u -tr a c k
c u -tr
chúng ta là molybden).
Đỉnh A ứng với độ dài sóng (, đỉnh B ứng với độ dài sóng (’. Ta thấy trong trường hợp (
= 0, (( = 0, không có hiệu ứng compton.
Ngoài ra (( tăng theo góc tán xạ.
Thí nghiệm cũng cho thấy cường độ vạch compton (ứng với đỉnh B) mạnh đối với các
nguyên tử nhẹ làm chất tán xạ.
§§2. KHẢO SÁT LÝ THUYẾT CỦA HIỆU ỨNG COMPTON.
Xét một chùm tia X đi vào chất tán xạ, đụng phải một electron, giả sử lúc ban đầu đang
đứng yên ở O, phương truyền của photon tới là Ox. Sau khi đụng, phương truyền của
photon lệch đi một góc ( đối với phương tới Ox và điện tử bắn đi theo một phương hợp với
Ox một góc (.
Trước khi đụng, electron có động lượng bằng O, năng lượng là moC2, photon có động
lượng ĉ theo phương Ox, năng lượngĠ.
y
∆’
x
0 ϕ
θ
∆
Sau khi đụng, electron có động lượng mv theo phương (, năng lượng mc2, photon có
động lượng Ġ theo phương (’ năng lượngĠ
- Sự bảo toàn động lượng cho ta :
r r
r (2.1)
h h
+ mν
=
λ λ '
Chiếu xuống trục x, ta được :
h h
cos ϕ + mv cosθ
=
λ λ'
mo
m=
Với
V2
1−
C2
m o .V
h h
cos ϕ = cos θ
−
λ λ '
Do đó : V2 (2.2)
1− 2
C
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
Chiếu hệ thức (2.1) xuống trục y, ta có :
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
c .c
.
.d o .d o
ack c u -tr a c k
c u -tr
mo .V
h
sin ϕ − sin θ
O=
λ' V2
1− 2
C
mo .V
h
sin ϕ = sin θ
Suy ra
λ (2.3)
V2
1− 2
C
Bình phương các phương trình (2.2), (2.3) và cộng lại ta được:
⎛ ⎞
⎜ ⎟ 2 2
2 2 2
2h 1
mo V
h h 2 2⎜
− 1⎟
cos ϕ =
+ − = mo C
⎜ V2 ⎟
λ2 λ' 2 λλ' V2
1− 2 ⎜1− 2 ⎟
⎝C ⎠
C
(2.4)
h2 h 2 2h 2 m 2 C2
cos ϕ = o 2 − m o C2
+ − 2
hay
V
λ λ ' λλ '
2 2
1− 2
C
Xét sự bảo toàn năng lượng :
mo C 2
hc hc hc
+ mo C 2 = + mC 2 = +
λ λ' λ' V2
1− 2
C
mo C 2
hc hc
− + mo C 2 =
suy ra : λ λ' V2
1−
C2
h h m oC
+ m oC = (2.5)
−
λ λ '
V 2
hay 1−
C2
Đem bình phương phương trình (2.5), ta được :
h2 h2 2h 2 ⎞ mo C
2
2
⎛1 1
+ m o C2 − + 2 hm o C ⎜ − '
2
+ =
⎟
⎠ 1− V
λ2 λλ ⎝λ λ
2 2
'
λ'
C2
Đem so sánh với phương trình (2.4) suy ra :
2h 2
( cos ϕ − 1) + 2 hm o C ⎛
1⎞
1
− =0
⎜
λ' ⎟
λλ ⎝λ
'
⎠
Sau cùng ta được
(1 − cos ϕ )
h
∆λ = λ' − λ =
moC
ϕ ϕ
2h (A) (2.6)
∆λ = sin 2 = 0,0484 sin 2
2 2
hay mo C
nguon tai.lieu . vn
