nguyennhung_cntt
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Ch−ơng 1
Một số mô hình nguyên tử tr−ớc cơ học l−ợng tử
1.1. Khái niệm nguyên tử
Quan niệm cho rằng toàn bộ thế giới vật chất đ−ợc hình thành do sự kết hợp của
một số hữu hạn các nguyên tố là một quan niệm duy vật. Một quan niệm nh− vậy đã
đ−ợc các nhà triết học cổ Hy Lạp đề xuất từ thế kỷ 6 - 7 tr−ớc công nguyên. Thales cho
rằng nguyên tố duy nhất của vật chất là n−ớc, trái lại Heraclit thì cho rằng nguyên tố
đó là lửa. Sang thế kỷ thứ 5 tr−ớc công nguyên, Empedocle đ−a ra thuyết 4 nguyên tố.
Theo ông thì cơ sở vật chất không phải là một, mà là sự tổng hợp của 4 nguyên tố đầu
tiên là n−ớc, lửa, không khí và đất. Thuyết này đ−ợc Aristole (thế kỷ thứ 4 tr−ớc công
nguyên) phát triển thêm. Theo Aristole thì đất, n−ớc , lửa và không khí xuất hiện do sự
tổ hợp của bốn tính chất cơ bản: nóng, lạnh, khô và ẩm. Cũng trong thời đại đó, ở
ph−ơng Đông có quan nịêm cho rằng thế giới vật chất đ−ợc cấu tạo từ các nguyên tố.
Ví dụ thuyết 5 nguyên tố của nhà triết học V−ơng Sung: kim, mộc, thuỷ, hoả, thổ.
Khái niệm nguyên tử lần đầu tiên đ−ợc Leucippe và Democrite đ−a ra từ thế kỷ
4 - 5 tr−ớc công nguyên: Nguyên tử là phần tử nhỏ nhất không thể phân chia đ−ợc của
vật chất. Các nguyên tử phân biệt với nhau bởi độ lớn và hình dạng của chúng. Học
thuyết nguyên tử của Leucippe và Democrite đ−ợc các nhà triết học khác nh− Epicure
và Lucrece h−ởng ứng. Tuy nhiên, trong suốt thời gian dài quan niệm này bị các quan
điểm duy tâm của Platon chống đối và trấn áp.
Năm 1807 nhà Bác học ng−ời Anh là Dalton đã làm sống lại khái niệm nguyên
tử. Theo ông nguyên tử là các quả cầu nhỏ, rắn, không thể xuyên qua đ−ợc. Các định
luật tỉ lệ bội (Dalton), định luật tỉ số đơn giản thể tích các chất khí (Gay - Lussac) và
định luật Avogadro là kết quả sự tìm kiếm các bằng chứng (gián tiếp) cho sự tồn tại
của nguyên tử.
Ngày nay, chúng ta biết rằng nguyên tử không phải là những phần tử nhỏ bé
nhất của vật chất. Bằng các ph−ơng pháp vật lý (ví dụ sự bắn phá hạt nhân) có thể phân
chia nguyên tử thành các phần tử nhỏ bé hơn, các hạt cơ bản. Có thể chính xác hoá
khái niệm nguyên tử nh− sau: Nguyên tử là phần tử nhỏ bé nhất của vật chất không thể
phân chia đ−ợc bằng các phản ứng hoá học.
1.2. Mô hình nguyên tử của Rutherford
Dựa vào kết quả nghiên cứu sự tán xạ hạt α (tức là hạt nhân nguyên tử He2+)
trên màng mỏng nhiều nguyên tố khác nhau, Rutherford (1911) đ−a ra mô hình nguyên
tử: Giống nh− trong một hệ hành tinh, electron trong nguyên tử quay xung quanh hạt
nhân nh− những hành tinh quay xung quanh mặt trời (mô hình hành tinh). Các electron
chuyển động sao cho lực li tâm của chúng cân bằng với lực hút Coulomb giữa hạt nhân
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi6
và electron. Trong mô hình này electron có thể chuyển động trên quĩ đạo cách hạt nhân
một khoảng cách tuỳ ý, miễn là có sự cân bằng lực.
Dễ dàng nhận thấy rằng, mô hình hành tinh của Rutherford chứa đựng trong nó
nhiều mâu thuẫn. Tr−ớc hết, theo các định luật của điện động lực học cổ điển, một
nguyên tử đ−ợc cấu tạo nh− vậy không thể bền. Khi electron, một hạt mang điện,
chuyển động có gia tốc nó sẽ phát ra bức xạ điện từ. Quá trình ấy làm mất năng l−ợng,
electron chuyển động theo đ−ờng xoắn ốc rồi cuối cùng rơi vào hạt nhân (giả thiết
rằng bán kính ban đầu của quĩ đạo electron là 10-8cm thì chỉ sau một thời gian là 10-12
giây electrron đã rơi vào hạt nhân). Hơn nữa, bức xạ do electron phát ra phải tạo thành
một phổ liên tục vì tần số chuyển động của electron trên đ−ờng xoắn ốc không ngừng
tăng lên. Cả hai điều đó trái với sự thật là nguyên tử là một hệ bền và phổ phát xạ của
nguyên tử là phổ gián đoạn.
1.3. Phổ nguyên tử
Một trong những yêu cầu đặt ra đối với mọi lí thuyết về nguyên tử là giải thích
đ−ợc sự xuất hiện phổ vạch của nguyên tử và một số tính chất của chúng.
Khi nung nóng một chất (bằng ngọn lửa, phóng điện trong chân không, hồ
quang...) tới một nhiệt độ đủ lớn thì nó phát sáng. Ví dụ cho ít NaCl vào ngọn lửa đèn
cồn thì ngọn lửa nhuộm màu vàng thẫm. ánh sáng vàng ấy là do nguyên tử Na (xuất
hiện trong quá trình nhiệt phân NaCl trong ngọn lửa) phát ra. Phân tích ánh sáng ngọn
lửa có chứa hơi Na bằng một quang phổ kế ng−ời ta thấy bên cạnh phổ liên tục của ánh
sáng ngọn lửa là một vạch đậm màu vàng có b−ớc sóng 5892 A0 (với quang phổ có độ
phân giải cao sẽ thấy dó là một vạch kép). Phổ xuất hiện nh− vậy gọi là phổ phát xạ.
Trái lại, nếu chiếu ánh sáng trắng qua hơi Na thì trên phổ liên tục, ở vị trí t−ơng
ứng với vạch vàng Na là một vệch tối. Đó là phổ hấp thụ của Na. Nguyên tử có khả
năng hấp thụ ánh sáng có tần số đúng bằng tần số ánh sáng phát xạ của nó.
Phổ nguyên tử H ở vùng thấy đ−ợc có cấu trúc đặc biệt đơn giản. Balmer (1885)
tìm thấy các phổ vạch nguyên tử H có b−ớc sóng tuân theo công thức đơn giản:
λ =
2 2
2 2
.
m −
K m
(1.1)
với K = 3645,6 . 10-7mm và m = 3,4,5...
Công thức Balmer đ−ợc Rydberg (1896) và Ritz (1908) khái quát hoá:
ν = RH( 2
2
21
1 1
n n
− ) (1.2)
n 1 = 1, 2, 3, ...
n 2 = n 1 + 1, n 1 + 2, ...
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
RH =
4K
gọi là hằng số Rydberg. Thay n 2 = m và n 1 = 2 ta có đ−ợc công thức
Balmer. Cho n 1 các giá trị 1,2,3,... và n 2 các giá trị nguyên lớn hơn n 1 ta có công thức
biểu diễn toàn bộ phổ nguyên tử H. Theo Ritz, ng−ời ta gọi các đại l−ợng R/n12 và
R/n22 là các số hạng. Nh− vậy mỗi một vạch phổ ứng với hai số hạng. Mỗi một giá trị
của n1 đặc tr−ng cho một dãy phổ.
Các dãy phổ của nguyên tử H
n 1 n 2 Dãy phổ Vùng phổ
1 2,3,... Lyman Cực tím
2 3,4,... Balmer Nhìn thấy và gần cực tím
3 4,5,... Paschen Hồng ngoại gần
4 5,6,... Brackett Hồng ngoại xa
5 6,7,... Pfund Hồng ngoại xa
1.4.Thuyết l−ợng tử Planck
1.4.1. Sự khủng hoảng tử ngoại
Khi bức xạ điện từ gặp một vật nào đó thì trong tr−ờng hợp chung, một phần bức
xạ đ−ợc phản xạ, một phần bị hấp phụ và một phần còn lại có thể đi qua vật chất. Khác
với tr−ờng hợp chung, thì vật đen tuyệt đối là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả năng l−ợng
bức xạ.
Một thí dụ về vật đen tuyệt đối là một quả cầu bằng đồng, bên trong rỗng đ−ợc
bôi đen hoàn toàn. Khi có một bức xạ truyền vào bên trong quả cầu qua một khe hở
nhỏ, do cấu tạo của quả cầu, bức xạ đ−ợc truyền vào sẽ bị hấp thu hoàn toàn (hình
1.1a).
Sau khi hấp thụ toàn bộ năng l−ợng đ−ợc truyền đến, vật đen tuyệt đối sẽ nóng
lên. Cũng nh− bất cứ vật rắn nào khác, vật đen tuyệt đối bị nóng lên sẽ phát ra năng
l−ợng d−ới dạng sóng điện từ. Từ thực nghiệm của Lummer và Pringsheim cho thấy
trong điều kiện đẳng nhiệt, đ−ờng cong phân bố năng l−ợng E (λ) theo b−ớc sóng λ có
dạng nh− hình 1.1b.
Hình 1.1. a) Bức xạ truyền đến cho vật đen tuyệt đối bị nó hấp thụ hoàn toàn
b) Đ−ờng cong đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của năng l−ợng E (λ) vào b−ớc sóng
λ do vật đen tuyệt đối phát ra
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi8
Nhìn vào quang phổ trên ta thấy rằng, tổng năng l−ợng bức xạ E tăng theo nhiệt
độ và khả năng bức xạ quang phổ E (λ) đối với mỗi nhiệt độ có một trị số cực đại tại
một sóng nhất định.
Nh− vậy, có hai vấn đề cần đ−ợc giải thích đó là sự phụ thuộc của E vào T và sự
phụ thuộc của E vào λ.
- Theo định luật Stefan-Boltzamnn ta có biểu thức sự phụ thuộc của E vào T:
E = kT4 (1.3)
Trong đó K là hằng số tỉ lệ và T là nhiệt độ tuyệt đối.
Nh− vậy, biểu thức trên cho thấy E tỉ lệ thuận với T
- Từ quan điểm của cơ học cổ điển về tính liên tục của các đại l−ợng vật lý,
Rayleigh đã thiết lập biểu thức sự phụ thuộc của E vào λ:
E c kT
4
2πλ
λ = (1.4)
Trong đó k là hằng số Boltzmann, c là vận tốc ánh sáng trong chân không. T là
nhiệt độ tuyệt đối, λ là tần số của bức xạ.
Từ (1.4) cho thấy, ở miền b−ớc sóng lớn thì sự phụ thuộc của E vào λ phù hợp
với thực nghiệm. Tuy nhiên, ở miền b−ớc sóng nhỏ, ứng với miền tử ngoại của quang
phổ thì theo (1.4) E phải tăng. Điều này không phù hợp với quan sát thực nghiệm của
Lummer và Pringsheim.
Nh− vậy, việc ứng dụng vật lý học kinh điển để giải thích quang phổ của vật đen
tuyệt đối có liên quan đến sự bức xạ năng l−ợng của các phần tử dao động tích điện có
kích th−ớc nguyên tử hoàn toàn thất bại ở vùng b−ớc sóng tử ngoại. Hiện t−ợng này
đ−ợc các nhà vật lý gọi là “Sự khủng hoảng tử ngoại”.
1.4.2. Thuyết l−ợng tử Planck
Để đ−a vật lý thoát ra khỏi “Sự khủng hoảng tử ngoại”, năm 1900 nhà vật lý
ng−ời Đức là Max Planck đ−a ra thuyết l−ợng tử gọi là thuyết l−ợng tử Planck.
Theo thuyết l−ợng tử Planck thì: “Một dao động tử dao động với tần số ν chỉ có
thể phát ra hay hấp thụ năng l−ợng từng đơn vị gián đoạn, từng l−ợng nhỏ một nguyên
vẹn, gọi là l−ợng tử năng l−ợng ε. L−ợng tử năng l−ợng này tỉ lệ với tần số ν của dao
động tử".
ε = h.ν (1.5)
(h = 6,625.10-27erg.sec = 6.625.10-34 J.s)
ý nghĩa quan trọng của thuyết l−ợng tử Planck là đã phát hiện ra tính chất gián
đoạn hay tính chất l−ợng tử của năng l−ợng trong các hệ vi mô. Năng l−ợng của
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
electron trong nguyên tử, năng l−ợng quay, năng l−ợng dao động của các nguyên tử
hay nhóm nguyên tử trong phân tử ... đều nhận những giá trị gián đoạn xác định.
Theo thuyết l−ợng tử Planck thì năng l−ợng của dao động tử dao động với tần số
ν chỉ có thể nhận những giá trị gián đoạn:
0, hν, 2hν, 3hν, 4hν, ... nhν
nghĩa là bội số nguyên lần l−ợng tử năng l−ợng ε = hν. Do đó, ta có thể biểu diễn E
theo công thức:
E = nhν (n = 0, 1, 2, 3,...)
Mặt khác, vì năng l−ợng của dao động tử phát ra hay hấp thụ d−ới dạng năng
l−ợng bức xạ nên thuyết l−ợng tử Planck cũng có nghĩa là:
“ánh sáng hay bức xạ nói chung gồm những l−ợng tử năng l−ợng ε = h.ν phát
đi từ nguồn sáng”.
Vì vậy, thuyết l−ợng tử Planck còn đ−ợc gọi là thuyết l−ợng tử ánh sáng.
1.5. Mô hình nguyên tử của Bohr
1.5.1. Các tiên đề của Bohr
Năm 1913, Bohr nhận thấy rằng hằng số tác dụng Planck và xung l−ợng góc có
cùng một thứ nguyên giống nhau là (năng l−ợng * thời gian). Kết hợp mô hình nguyên
tử của Rutherford với thuyết l−ợng tử của Planck (1900), Bohr đ−a ra mô hình nguyên
tử nổi tiếng mang tên ông. Mô hình này dựa trên 3 tiên đề:
1. Trong nguyên tử electron không chuyển động trên những quĩ đạo bất kì mà
chỉ đ−ợc phép chuyển động trên những quĩ đạo sao cho xung l−ợng quay (còn gọi là
mô men xung l−ợng) của nó bằng số nguyên lần đại l−ợng
2π
h
ℏ = (điều kiện l−ợng tử
hoá xung l−ợng quay).
L = n.ℏ
hay mvr = n. ℏ (1.6)
( n = 1,2,3,...)
Ng−ời ta gọi n là số l−ợng tử.
2. Khi chuyển động trên các quĩ đạo đ−ợc l−ợng tử hoá nói trên, electron không
phát ra bức xạ nghĩa là không mất năng l−ợng.
Quĩ đạo hay trạng thái trên đó năng l−ợng của electron có một giá trị xác định,
không đổi gọi là quĩ đạo dừng hay trạng thái dừng.
3. Electron chỉ phát xạ hay hấp thụ bức xạ khi chuyển từ trạng thái dừng này
sang trạng thái dừng khác.
Năng l−ợng của bức xạ đ−ợc phát ra hay hấp thụ đúng bằng hiệu số năng l−ợng
của hai trạng thái đó.
∆ E = En2 - En1 = hν (1.7)
En2 là trạng thái có năng l−ợng cao, En1 là trạng thái có năng l−ợng thấp.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi10
1.5.2. Mô hình Bohr đối với nguyên tử H và các ion giống H
Các ion giống H ( He+, Li2+, Be3+,...) có điện tích hạt nhân là +Ze và khối l−ợng
M. Electron có khối l−ợng m và điện tích -e. D−ới tác dụng của lực Coulomb electron
chuyển động trên các quĩ đạo tròn quanh hạt nhân. Vì khối l−ợng của hạt nhân rất lớn
so với khối l−ợng của electron, nên hạt nhân coi nh− đứng yên. Để quĩ đạo của electron
là bền phải có sự cân bằng giữa lực hút Coulomb với lực li tâm xuất hiện do chuyển
động quay của electron. Ch−ơng 2
Đại c−ơng về cơ học l−ợng tử
2.1. Tính chất sóng - hạt của ánh sáng
H.Hetz (1887) khi làm thí nghiệm để chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ
trong lí thuyết cuả MaxWell đã phát hiện ra rằng ánh sáng cực tím có tác dụng trợ lực
cho sự phóng điện trong chân không. Sau đó, (1900) Lenard chỉ ra rằng nguyên nhân
của hiện t−ợng trên là do ánh sáng cực tím đã giải phóng electron ra khỏi bề mặt catôt.
Hiện t−ợng electron đ−ợc giải phóng ra khỏi bề mặt kim loại d−ới tác dụng của ánh
sáng đ−ợc gọi là hiệu ứng quang điện.
Hiệu ứng quang điện có thể đ−ợc nghiên cứu bằng một công cụ mô tả nh− trong
hình 2.1.
Hình 2.1. Thí nghiệm hiệu ứng quang điện
ánh sáng đơn sắc đ−ợc chiếu lên tấm kim loại C đặt trong buồng chân không
làm giải phóng electron (gọi là quang điện tử hay photoelectron). Có thể nhận biết
đ−ợc điều này bằng cách đặt giữa C và A một thế hiệu (C: catot, A: anot) và đo c−ờng
độ dòng điện bằng một máy đo G.
Đồ thị a trong hình 2.2 biểu diễn c−ờng độ dòng quang điện theo biến thiên của
thế hiệu đặt vào U. Nếu U đủ lớn, dòng quang điện đạt gía trị giới hạn (bão hoà), trong
điều kiện đó tất cả các electron đ−ợc giải phóng đều tới A.
Nếu đổi dấu nguồn điện thì dòng quang điện không lập tức biến mất. Điều đó
chứng tỏ electron đ−ợc giải phóng ra với một động năng nhất định. Một số electron vẫn
tới đ−ợc A mặc dù có sự tác động ng−ợc lại của điện tr−ờng. Tuy nhiên, khi thế hiệu
đảo đạt một giá trị Uo nhất định gọi là thế hãm thì dòng quang điện biến mất. Trong
điều kiện này thế năng của electron với tốc độ lớn nhất có giá trị tính đ−ợc:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Ch−ơng 1
Một số mô hình nguyên tử tr−ớc cơ học l−ợng tử
1.1. Khái niệm nguyên tử
Quan niệm cho rằng toàn bộ thế giới vật chất đ−ợc hình thành do sự kết hợp của
một số hữu hạn các nguyên tố là một quan niệm duy vật. Một quan niệm nh− vậy đã
đ−ợc các nhà triết học cổ Hy Lạp đề xuất từ thế kỷ 6 - 7 tr−ớc công nguyên. Thales cho
rằng nguyên tố duy nhất của vật chất là n−ớc, trái lại Heraclit thì cho rằng nguyên tố
đó là lửa. Sang thế kỷ thứ 5 tr−ớc công nguyên, Empedocle đ−a ra thuyết 4 nguyên tố.
Theo ông thì cơ sở vật chất không phải là một, mà là sự tổng hợp của 4 nguyên tố đầu
tiên là n−ớc, lửa, không khí và đất. Thuyết này đ−ợc Aristole (thế kỷ thứ 4 tr−ớc công
nguyên) phát triển thêm. Theo Aristole thì đất, n−ớc , lửa và không khí xuất hiện do sự
tổ hợp của bốn tính chất cơ bản: nóng, lạnh, khô và ẩm. Cũng trong thời đại đó, ở
ph−ơng Đông có quan nịêm cho rằng thế giới vật chất đ−ợc cấu tạo từ các nguyên tố.
Ví dụ thuyết 5 nguyên tố của nhà triết học V−ơng Sung: kim, mộc, thuỷ, hoả, thổ.
Khái niệm nguyên tử lần đầu tiên đ−ợc Leucippe và Democrite đ−a ra từ thế kỷ
4 - 5 tr−ớc công nguyên: Nguyên tử là phần tử nhỏ nhất không thể phân chia đ−ợc của
vật chất. Các nguyên tử phân biệt với nhau bởi độ lớn và hình dạng của chúng. Học
thuyết nguyên tử của Leucippe và Democrite đ−ợc các nhà triết học khác nh− Epicure
và Lucrece h−ởng ứng. Tuy nhiên, trong suốt thời gian dài quan niệm này bị các quan
điểm duy tâm của Platon chống đối và trấn áp.
Năm 1807 nhà Bác học ng−ời Anh là Dalton đã làm sống lại khái niệm nguyên
tử. Theo ông nguyên tử là các quả cầu nhỏ, rắn, không thể xuyên qua đ−ợc. Các định
luật tỉ lệ bội (Dalton), định luật tỉ số đơn giản thể tích các chất khí (Gay - Lussac) và
định luật Avogadro là kết quả sự tìm kiếm các bằng chứng (gián tiếp) cho sự tồn tại
của nguyên tử.
Ngày nay, chúng ta biết rằng nguyên tử không phải là những phần tử nhỏ bé
nhất của vật chất. Bằng các ph−ơng pháp vật lý (ví dụ sự bắn phá hạt nhân) có thể phân
chia nguyên tử thành các phần tử nhỏ bé hơn, các hạt cơ bản. Có thể chính xác hoá
khái niệm nguyên tử nh− sau: Nguyên tử là phần tử nhỏ bé nhất của vật chất không thể
phân chia đ−ợc bằng các phản ứng hoá học.
1.2. Mô hình nguyên tử của Rutherford
Dựa vào kết quả nghiên cứu sự tán xạ hạt α (tức là hạt nhân nguyên tử He2+)
trên màng mỏng nhiều nguyên tố khác nhau, Rutherford (1911) đ−a ra mô hình nguyên
tử: Giống nh− trong một hệ hành tinh, electron trong nguyên tử quay xung quanh hạt
nhân nh− những hành tinh quay xung quanh mặt trời (mô hình hành tinh). Các electron
chuyển động sao cho lực li tâm của chúng cân bằng với lực hút Coulomb giữa hạt nhân
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
You must be registered for see links
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi6
và electron. Trong mô hình này electron có thể chuyển động trên quĩ đạo cách hạt nhân
một khoảng cách tuỳ ý, miễn là có sự cân bằng lực.
Dễ dàng nhận thấy rằng, mô hình hành tinh của Rutherford chứa đựng trong nó
nhiều mâu thuẫn. Tr−ớc hết, theo các định luật của điện động lực học cổ điển, một
nguyên tử đ−ợc cấu tạo nh− vậy không thể bền. Khi electron, một hạt mang điện,
chuyển động có gia tốc nó sẽ phát ra bức xạ điện từ. Quá trình ấy làm mất năng l−ợng,
electron chuyển động theo đ−ờng xoắn ốc rồi cuối cùng rơi vào hạt nhân (giả thiết
rằng bán kính ban đầu của quĩ đạo electron là 10-8cm thì chỉ sau một thời gian là 10-12
giây electrron đã rơi vào hạt nhân). Hơn nữa, bức xạ do electron phát ra phải tạo thành
một phổ liên tục vì tần số chuyển động của electron trên đ−ờng xoắn ốc không ngừng
tăng lên. Cả hai điều đó trái với sự thật là nguyên tử là một hệ bền và phổ phát xạ của
nguyên tử là phổ gián đoạn.
1.3. Phổ nguyên tử
Một trong những yêu cầu đặt ra đối với mọi lí thuyết về nguyên tử là giải thích
đ−ợc sự xuất hiện phổ vạch của nguyên tử và một số tính chất của chúng.
Khi nung nóng một chất (bằng ngọn lửa, phóng điện trong chân không, hồ
quang...) tới một nhiệt độ đủ lớn thì nó phát sáng. Ví dụ cho ít NaCl vào ngọn lửa đèn
cồn thì ngọn lửa nhuộm màu vàng thẫm. ánh sáng vàng ấy là do nguyên tử Na (xuất
hiện trong quá trình nhiệt phân NaCl trong ngọn lửa) phát ra. Phân tích ánh sáng ngọn
lửa có chứa hơi Na bằng một quang phổ kế ng−ời ta thấy bên cạnh phổ liên tục của ánh
sáng ngọn lửa là một vạch đậm màu vàng có b−ớc sóng 5892 A0 (với quang phổ có độ
phân giải cao sẽ thấy dó là một vạch kép). Phổ xuất hiện nh− vậy gọi là phổ phát xạ.
Trái lại, nếu chiếu ánh sáng trắng qua hơi Na thì trên phổ liên tục, ở vị trí t−ơng
ứng với vạch vàng Na là một vệch tối. Đó là phổ hấp thụ của Na. Nguyên tử có khả
năng hấp thụ ánh sáng có tần số đúng bằng tần số ánh sáng phát xạ của nó.
Phổ nguyên tử H ở vùng thấy đ−ợc có cấu trúc đặc biệt đơn giản. Balmer (1885)
tìm thấy các phổ vạch nguyên tử H có b−ớc sóng tuân theo công thức đơn giản:
λ =
2 2
2 2
.
m −
K m
(1.1)
với K = 3645,6 . 10-7mm và m = 3,4,5...
Công thức Balmer đ−ợc Rydberg (1896) và Ritz (1908) khái quát hoá:
ν = RH( 2
2
21
1 1
n n
− ) (1.2)
n 1 = 1, 2, 3, ...
n 2 = n 1 + 1, n 1 + 2, ...
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
You must be registered for see links
RH =
4K
gọi là hằng số Rydberg. Thay n 2 = m và n 1 = 2 ta có đ−ợc công thức
Balmer. Cho n 1 các giá trị 1,2,3,... và n 2 các giá trị nguyên lớn hơn n 1 ta có công thức
biểu diễn toàn bộ phổ nguyên tử H. Theo Ritz, ng−ời ta gọi các đại l−ợng R/n12 và
R/n22 là các số hạng. Nh− vậy mỗi một vạch phổ ứng với hai số hạng. Mỗi một giá trị
của n1 đặc tr−ng cho một dãy phổ.
Các dãy phổ của nguyên tử H
n 1 n 2 Dãy phổ Vùng phổ
1 2,3,... Lyman Cực tím
2 3,4,... Balmer Nhìn thấy và gần cực tím
3 4,5,... Paschen Hồng ngoại gần
4 5,6,... Brackett Hồng ngoại xa
5 6,7,... Pfund Hồng ngoại xa
1.4.Thuyết l−ợng tử Planck
1.4.1. Sự khủng hoảng tử ngoại
Khi bức xạ điện từ gặp một vật nào đó thì trong tr−ờng hợp chung, một phần bức
xạ đ−ợc phản xạ, một phần bị hấp phụ và một phần còn lại có thể đi qua vật chất. Khác
với tr−ờng hợp chung, thì vật đen tuyệt đối là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả năng l−ợng
bức xạ.
Một thí dụ về vật đen tuyệt đối là một quả cầu bằng đồng, bên trong rỗng đ−ợc
bôi đen hoàn toàn. Khi có một bức xạ truyền vào bên trong quả cầu qua một khe hở
nhỏ, do cấu tạo của quả cầu, bức xạ đ−ợc truyền vào sẽ bị hấp thu hoàn toàn (hình
1.1a).
Sau khi hấp thụ toàn bộ năng l−ợng đ−ợc truyền đến, vật đen tuyệt đối sẽ nóng
lên. Cũng nh− bất cứ vật rắn nào khác, vật đen tuyệt đối bị nóng lên sẽ phát ra năng
l−ợng d−ới dạng sóng điện từ. Từ thực nghiệm của Lummer và Pringsheim cho thấy
trong điều kiện đẳng nhiệt, đ−ờng cong phân bố năng l−ợng E (λ) theo b−ớc sóng λ có
dạng nh− hình 1.1b.
Hình 1.1. a) Bức xạ truyền đến cho vật đen tuyệt đối bị nó hấp thụ hoàn toàn
b) Đ−ờng cong đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của năng l−ợng E (λ) vào b−ớc sóng
λ do vật đen tuyệt đối phát ra
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
You must be registered for see links
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi8
Nhìn vào quang phổ trên ta thấy rằng, tổng năng l−ợng bức xạ E tăng theo nhiệt
độ và khả năng bức xạ quang phổ E (λ) đối với mỗi nhiệt độ có một trị số cực đại tại
một sóng nhất định.
Nh− vậy, có hai vấn đề cần đ−ợc giải thích đó là sự phụ thuộc của E vào T và sự
phụ thuộc của E vào λ.
- Theo định luật Stefan-Boltzamnn ta có biểu thức sự phụ thuộc của E vào T:
E = kT4 (1.3)
Trong đó K là hằng số tỉ lệ và T là nhiệt độ tuyệt đối.
Nh− vậy, biểu thức trên cho thấy E tỉ lệ thuận với T
- Từ quan điểm của cơ học cổ điển về tính liên tục của các đại l−ợng vật lý,
Rayleigh đã thiết lập biểu thức sự phụ thuộc của E vào λ:
E c kT
4
2πλ
λ = (1.4)
Trong đó k là hằng số Boltzmann, c là vận tốc ánh sáng trong chân không. T là
nhiệt độ tuyệt đối, λ là tần số của bức xạ.
Từ (1.4) cho thấy, ở miền b−ớc sóng lớn thì sự phụ thuộc của E vào λ phù hợp
với thực nghiệm. Tuy nhiên, ở miền b−ớc sóng nhỏ, ứng với miền tử ngoại của quang
phổ thì theo (1.4) E phải tăng. Điều này không phù hợp với quan sát thực nghiệm của
Lummer và Pringsheim.
Nh− vậy, việc ứng dụng vật lý học kinh điển để giải thích quang phổ của vật đen
tuyệt đối có liên quan đến sự bức xạ năng l−ợng của các phần tử dao động tích điện có
kích th−ớc nguyên tử hoàn toàn thất bại ở vùng b−ớc sóng tử ngoại. Hiện t−ợng này
đ−ợc các nhà vật lý gọi là “Sự khủng hoảng tử ngoại”.
1.4.2. Thuyết l−ợng tử Planck
Để đ−a vật lý thoát ra khỏi “Sự khủng hoảng tử ngoại”, năm 1900 nhà vật lý
ng−ời Đức là Max Planck đ−a ra thuyết l−ợng tử gọi là thuyết l−ợng tử Planck.
Theo thuyết l−ợng tử Planck thì: “Một dao động tử dao động với tần số ν chỉ có
thể phát ra hay hấp thụ năng l−ợng từng đơn vị gián đoạn, từng l−ợng nhỏ một nguyên
vẹn, gọi là l−ợng tử năng l−ợng ε. L−ợng tử năng l−ợng này tỉ lệ với tần số ν của dao
động tử".
ε = h.ν (1.5)
(h = 6,625.10-27erg.sec = 6.625.10-34 J.s)
ý nghĩa quan trọng của thuyết l−ợng tử Planck là đã phát hiện ra tính chất gián
đoạn hay tính chất l−ợng tử của năng l−ợng trong các hệ vi mô. Năng l−ợng của
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
You must be registered for see links
electron trong nguyên tử, năng l−ợng quay, năng l−ợng dao động của các nguyên tử
hay nhóm nguyên tử trong phân tử ... đều nhận những giá trị gián đoạn xác định.
Theo thuyết l−ợng tử Planck thì năng l−ợng của dao động tử dao động với tần số
ν chỉ có thể nhận những giá trị gián đoạn:
0, hν, 2hν, 3hν, 4hν, ... nhν
nghĩa là bội số nguyên lần l−ợng tử năng l−ợng ε = hν. Do đó, ta có thể biểu diễn E
theo công thức:
E = nhν (n = 0, 1, 2, 3,...)
Mặt khác, vì năng l−ợng của dao động tử phát ra hay hấp thụ d−ới dạng năng
l−ợng bức xạ nên thuyết l−ợng tử Planck cũng có nghĩa là:
“ánh sáng hay bức xạ nói chung gồm những l−ợng tử năng l−ợng ε = h.ν phát
đi từ nguồn sáng”.
Vì vậy, thuyết l−ợng tử Planck còn đ−ợc gọi là thuyết l−ợng tử ánh sáng.
1.5. Mô hình nguyên tử của Bohr
1.5.1. Các tiên đề của Bohr
Năm 1913, Bohr nhận thấy rằng hằng số tác dụng Planck và xung l−ợng góc có
cùng một thứ nguyên giống nhau là (năng l−ợng * thời gian). Kết hợp mô hình nguyên
tử của Rutherford với thuyết l−ợng tử của Planck (1900), Bohr đ−a ra mô hình nguyên
tử nổi tiếng mang tên ông. Mô hình này dựa trên 3 tiên đề:
1. Trong nguyên tử electron không chuyển động trên những quĩ đạo bất kì mà
chỉ đ−ợc phép chuyển động trên những quĩ đạo sao cho xung l−ợng quay (còn gọi là
mô men xung l−ợng) của nó bằng số nguyên lần đại l−ợng
2π
h
ℏ = (điều kiện l−ợng tử
hoá xung l−ợng quay).
L = n.ℏ
hay mvr = n. ℏ (1.6)
( n = 1,2,3,...)
Ng−ời ta gọi n là số l−ợng tử.
2. Khi chuyển động trên các quĩ đạo đ−ợc l−ợng tử hoá nói trên, electron không
phát ra bức xạ nghĩa là không mất năng l−ợng.
Quĩ đạo hay trạng thái trên đó năng l−ợng của electron có một giá trị xác định,
không đổi gọi là quĩ đạo dừng hay trạng thái dừng.
3. Electron chỉ phát xạ hay hấp thụ bức xạ khi chuyển từ trạng thái dừng này
sang trạng thái dừng khác.
Năng l−ợng của bức xạ đ−ợc phát ra hay hấp thụ đúng bằng hiệu số năng l−ợng
của hai trạng thái đó.
∆ E = En2 - En1 = hν (1.7)
En2 là trạng thái có năng l−ợng cao, En1 là trạng thái có năng l−ợng thấp.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered phiên bản -
You must be registered for see links
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi10
1.5.2. Mô hình Bohr đối với nguyên tử H và các ion giống H
Các ion giống H ( He+, Li2+, Be3+,...) có điện tích hạt nhân là +Ze và khối l−ợng
M. Electron có khối l−ợng m và điện tích -e. D−ới tác dụng của lực Coulomb electron
chuyển động trên các quĩ đạo tròn quanh hạt nhân. Vì khối l−ợng của hạt nhân rất lớn
so với khối l−ợng của electron, nên hạt nhân coi nh− đứng yên. Để quĩ đạo của electron
là bền phải có sự cân bằng giữa lực hút Coulomb với lực li tâm xuất hiện do chuyển
động quay của electron. Ch−ơng 2
Đại c−ơng về cơ học l−ợng tử
2.1. Tính chất sóng - hạt của ánh sáng
H.Hetz (1887) khi làm thí nghiệm để chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ
trong lí thuyết cuả MaxWell đã phát hiện ra rằng ánh sáng cực tím có tác dụng trợ lực
cho sự phóng điện trong chân không. Sau đó, (1900) Lenard chỉ ra rằng nguyên nhân
của hiện t−ợng trên là do ánh sáng cực tím đã giải phóng electron ra khỏi bề mặt catôt.
Hiện t−ợng electron đ−ợc giải phóng ra khỏi bề mặt kim loại d−ới tác dụng của ánh
sáng đ−ợc gọi là hiệu ứng quang điện.
Hiệu ứng quang điện có thể đ−ợc nghiên cứu bằng một công cụ mô tả nh− trong
hình 2.1.
Hình 2.1. Thí nghiệm hiệu ứng quang điện
ánh sáng đơn sắc đ−ợc chiếu lên tấm kim loại C đặt trong buồng chân không
làm giải phóng electron (gọi là quang điện tử hay photoelectron). Có thể nhận biết
đ−ợc điều này bằng cách đặt giữa C và A một thế hiệu (C: catot, A: anot) và đo c−ờng
độ dòng điện bằng một máy đo G.
Đồ thị a trong hình 2.2 biểu diễn c−ờng độ dòng quang điện theo biến thiên của
thế hiệu đặt vào U. Nếu U đủ lớn, dòng quang điện đạt gía trị giới hạn (bão hoà), trong
điều kiện đó tất cả các electron đ−ợc giải phóng đều tới A.
Nếu đổi dấu nguồn điện thì dòng quang điện không lập tức biến mất. Điều đó
chứng tỏ electron đ−ợc giải phóng ra với một động năng nhất định. Một số electron vẫn
tới đ−ợc A mặc dù có sự tác động ng−ợc lại của điện tr−ờng. Tuy nhiên, khi thế hiệu
đảo đạt một giá trị Uo nhất định gọi là thế hãm thì dòng quang điện biến mất. Trong
điều kiện này thế năng của electron với tốc độ lớn nhất có giá trị tính đ−ợc:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: