8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 1/633 Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 1/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 2/633
T μi liÖu tham khaá:1. Physics Classical and modernFrederick J. Keller, W. Edward Gettys,Malcolm J. Skove
McGraw-Hill, Inc. International Edition 1993.2. R. P. Feymann
Lectures on introductory Physics3. I. V. Savelyev
Physics. A general course, Mir Publishers 19814. VËt lý ®¹i c− ¬ng c¸c nguyªn lý vμ øng dông,
tËp I, II, III. Do TrÇn ngäc Hîi chñ biªn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 3/633
C¸c trang Web cã liªn quan:
http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/ http://nsdl.exploratorium.edu/
Bμi gi¶ng cã trong trang:
http://iep.hut.edu.vnload bμi gi¶ng vÒ in thμnh tμi liÖu cÇm tay,
khi nghe gi¶ng ghi thªm vμo!
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 4/633
• T μi liÖu häc : VËt lý ®¹i c− ¬ng: Dïng cho khèi
c¸c tr− êng §H kü thuËt c«ng nghiÖp (LT&BT)TËp I : C¬, nhiÖt häc. TËp II : §iÖn, Tõ, Dao
®éng & sãng. TËp III : Quang, L− îng tö, VLnguyªn tö, h¹t nh©n, chÊt r¾n.• C¸ch häc: Lªn líp LT ; mang theo tμi liÖu cÇmtay, nghe gi¶ng, ghi thªm vμo tμi liÖu.• VÒ nhμ: Xem l¹i bμi ghi, hiÖu chØnh l¹i cïng tμi
liÖu -> Lμm bμi tËp.• Lªn líp BT b¾t ®Çu tõ tuÇnÉ SV lªn b¶ng,
thÇy kiÓm tra vë lμm bμi ë n hμ. -> §iÓm QT hÖsè 0,3.
Bμi më ®Çu
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 5/633
Hoμn chØnh bμi nμymíi®− îc lμm tiÕp bμi sau
Cuèi cïng ph¶i b¶o vÖ TN NÕu SV kh«ng qua ®− îc TN, kh«ng ®− îc dù thi.• Thi: 15 c©u tr¾c nghiÖm (m¸y tÝnh chÊm) + 2c©u tù luËn, räc ph¸ch (thÇy ngÉu nhiªn chÊm)
Mçi ng− êi 1 ®Ò . §iÓm thi hs 0,7• §iÓm qu¸ tr×nh hÖ sè 0,3.
• ThÝ nghiÖm: §äc tμi liÖu TN tr− íc, kiÓm traxong míi ®− îc vμo phßng TN, Sau khi ®o ®− îc
sè liÖu ph¶i tr×nh thÇy vμ ®− îc thÇy chÊp nhËn.• Lμm ®ît 1: Tõ tuÇn É
• T μi liÖu: Liªn hÖ BM VLDC tÇng 2 nhμ D3.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 6/633
1. §èi t− îng vμ ph− ¬ng ph¸p vËt lý häc
• Nghiªn cøu c¸c d¹ng vËn ®éng cña thÕ giíivËt chÊt, thÕ giíi tù nhiªn
• ¡ng-ghen: vËn ®éng bao gåm mäi biÕn ®æix¶y ra trong vò trô tõ dÞch chuyÓn ®¬n gi¶n ®Õnt− duy.• VËt lý häc lμ m«n khoa häc tù nhiªn nghiªncøu c¸c d¹ng vËn ®éng tæng qu¸t nhÊt cña thÕ
giíi vËt chÊt: nh÷ng ®Æc tr− ng tæng qu¸t, c¸cquy luËt tæng qu¸t vÒ cÊu t¹o vμ vËn ®éng cña
vËt chÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 7/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 8/633
C¸c b− íc nghiªn cøu:1. Quan s¸t b»ng gi¸c quan hoÆc m¸y mãc.2. ThÝ nghiÖm ®Þnh tÝnh, ®Þnh l− îng.3. Rót ra c¸c ®Þnh luËt vËt lý: thuéc tÝnh, mèi
liªn hÖ.4. Gi¶i thÝch b»ng gi¶ thuyÕt.
5. HÖ thèng c¸c gi¶ thuyÕt ->ThuyÕt vËt lý6. øng dông vμo thùc tiÔn
==> Ph− ¬ng ph¸p qui n¹pPh− ¬ng ph¸p diÔn dÞch: c¸c tiªn ®Ò ->m«
h×nh->®Þnh lý, lý thuyÕt-> So s¸nh víi kÕtqu¶ thùc nghiÖm.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 9/633
VËt lý lμ c¬ së cho c¸c ngμnh khoa häc kh¸c.Sù ph¸t triÓn cña c¸c ngμnh kh¸c t¹o ®iÒu kiÖncho VL ph¸t triÓn
Nh÷ng vÊn ®Ò cÇn gi¶iquyÕt:• N¨ng l− îng
• VËt liÖu míi• C«ng nghÖ míi
• Tin häc ph¸t triÓn x©m nhËp vμ
hç trî c¸c ngμnh khoa häc kh¸c
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 10/633
700
N− íc l¹nh
N− íc nãng
C¸ch nhiÖt
K Ý n h
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 11/633
2. C¸c ®¹i l− îng vËt lý: thuéctÝnh cña mét ®èi t− îng VL
• ®¹i l− îng v« h− íng: gi¸ trÞ, ©md− ¬ng
• §¹i l− îng h÷u h− íng: §iÓm®Æt, ph− ¬ng, chiÒu, ®é lín
To¹ ®é cñavÐc t¬
Môc ®Ých häc VËt lý:- KiÕn thøc c¬ b¶n cho SV ®Ó häc c¸c m«n kh¸c- T − duy, suy luËn khoa häc- X©y dùng thÕ giíi quan khoa häc
x
y
z
θ
ϕ
0
i
r
k r
jr
r r
r r
rx
ryrz
k .r j.r i.r r zyx
rrr
r
++=
2z
2y
2x r r r r ++=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 12/633
C¸c phÐp tÝnh ®¹i l− îng vÐc t¬: Hoμn toμnnh− trong gi¶i tÝch vÐc t¬ vμ ®¹i sè
PhÐp céng
r r
rx
ry
rz
bacr
rr
+=
cx= ax + bx
cy = ay+ by
cz = az+ bz
cr
br
ar
TÝch v« h− íngα= cosab b.a
r
r
α++=+= cosab2 ba) ba(c 222
r
r
br
ar
α
TÝ h ã h í
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 13/633
TÝch cã h− íngbx
r
rr
ac =α=×= sinab| ba|c
r
r
cr
br
ar
)b.a.(c-)c.a.(b)cb xx(
r
rrrr
r
r
r
r
=a
br
ar
cr
α
C¸c phÐp ®¹o hμm, vi ph©n, tÝch ph©n ®èi víi
c¸c ®¹i l− îng biÕn thiªn
)t(ϕ=ϕ
§¹i l− îng v« h− íng biÕn thiªn theo thêigian:
tlimt)t(' Δ
ϕΔ
=∂
ϕ∂
=ϕ
Qui t¾c tamdiÖn thuËn
§ i l Ð biÕ hi h hêi i
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 14/633
§¹i l− îng vÐc t¬ biÕn thiªn theo thêi gian
)t(FF
rr
=Fr Fx=Fx(t)Fy=Fy(t)
Fz=Fz(t) t
Flim
dt
Fd )t('F
Δ
Δ==
rr
r
k dt
dF
jdt
dF
idt
dF
dt
Fd zyxrrr
r
++=§¬n vÞ, thø nguyªn cña c¸c ®¹i l− îng vËtlý: Qui ®Þnh 1 ®¹i l− îng cïng lo¹i lμm ®¬n
vÞ ®o: HÖ SI (system international)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 15/633
§¬n vÞ c¬ b¶n KÝ hiÖu §vÞ
§é dμi L mÐt (m)Khèi l− îng M kg
Thêi gian t sC− êng ®é dßng ®iÖn I A
§é s¸ng Z candela (Cd)NhiÖt ®é tuyÖt ®èi T Kenvin (K)
L− îng chÊt mol mol§¬n vÞ phô: Gãc ph¼ng α rad
Gãc khèi Ω steradian(sr)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 16/633
Thø nguyªn: Qui luËt nªu lªn sù phô thuéc
®¬n vÞ ®o ®¹i l− îng ®ã vμo c¸c ®¬n vÞ c¬ b¶n
sq k pziml molTZItMLThNg Ωα= τ
2sm.kg NamF =⇒=
r
r
N=L1 M1t-2.(...)0
lùc
4 Ph−¬ h¸ ¸ ®Þ h i è ñ ¸ hÐ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 17/633
4. Ph− ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh sai sè cña c¸c phÐp®o vËt lý:PhÐp ®o: So s¸nh ®¹i l− îng nμy víi ®¹i l− îngcïng lo¹i ®− îc chän lμm ®¬n vÞ
PhÐp ®o trùc tiÕp: §äc kÕt qu¶ ngay trªn thang®o
AV
I
UR =
PhÐp ®o gi¸n tiÕp: X¸c ®Þnh ®¹il− îng cÇn ®o th«ng qua c¸c
phÐp ®o trùc tiÕp c¸c ®¹i l− îngliªn quan trong c¸c hμm víi ®¹i
l− îng cÇn ®o.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 18/633
KÕt qu¶ ®o bao giê còng cã sai sè :Sai sè hÖ thèng: Lu«n sai vÒ mét phÝa--> chØnh dông cô ®oSai sè ngÉu nhiªn: Mçi lÇn ®o sai sè kh¸c nhau --> ®o nhiÒu lÇnSai sè dông cô: §é chÝnh x¸c cña dôngcô giíi h¹nSai sè th« ®¹i: Do ng− êi ®o --> NhiÒung− êi ®o, lo¹i c¸c gi¸ trÞ qu¸ lÖch
4 1 C¸ch x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o trùc tiÕp
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 19/633
4.1.C¸ch x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o trùc tiÕp
a1 ,a2, a3, ... an lμ c¸c gi¸ trÞ ®o trong n lÇn
®osai sè: Δa1=|a1-a|, Δa2=|a2-a|, ..., Δan=|an-a|
∑∑∑===
Δ+=Δ+=n
1ii
n
1ii
n
1ii a
n1aa
n1a
n1a
aa0an1
n
1ii
nlim =⇒=Δ∑=∞→
A -®¹i l−
îng cÇn ®o, Gi¸ trÞ thùc lμ
a.
∑=
Δ=−n
1i
ia
n
1aa
Sai sè tuyÖt ®èi cña mçi lÇn ®o:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 20/633
Sai sè tuyÖt ®èi cña mçi lÇn ®o: |aa|a ii −=Δ
∑=
Δ=Δn
1iia
n1a a|aa| Δ≤−
aaa|aa| Δ+≤≤Δ−
aΔ lμ sai sè tuyÖt ®èi trung b×nh
NÕu sè lÇn ®o ®ñ línaa0an
1 n
1ii ≈⇒≈Δ∑=
Sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o :dcaaa Δ+Δ=Δ
dcaΔ lμ sai sè dông cô.
Sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o : %aaΔ=δ
VÝ dô: §o ®−êng kÝnh trô
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 21/633
VÝ dô: §o ®− êng kÝnh trôLÇn ®o D(mm) ΔDi(mm)
1 21,5 0,022 21,4 0,08
3 21,4 0,084 21,6 0,12
5 21,5 0,02064,0D48,21D =Δ= Trung b×nh
mm1,0Ddc =ΔSai sè dông cô cña th− ícSai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o :
ΔD= 0,064+0,1=0,164mm ≈ 0,16mm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 22/633
mm)16,048,21(DDD ±=Δ±=
Qui t¾c lμm trßn sai sè : ChØ cßn 2 ch÷ sè cã nghÜa. PhÇn bá ®i < 1/10 gèc
TÊt c¶ c¸c ch÷ sè ®Òu cã nghÜa trõ c¸c sè 0bªn tr¸i sè kh¸c 0 ®Çu tiªn:
0,230 vμ 0,0203 ®Òu cã 3 ch÷ sè cã nghÜa.
Sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp ®o :
%75,000745,048,2116,0%DD ===Δ
=δ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 23/633
C¸ch x¸c ®Þnh sai sè cña dông cô ®o ®iÖn:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 24/633
δ- CÊp chÝnh x¸c ghi trªnthang ®o;
amax Gi¸ trÞ lín nhÊt cñathang ®o
Δadc= δ. amax=1,5%.100mA=1,5mA
100mA
1,5
mA
0
§èi víi c¸c ®iÖn trë mÉu vμ ®iÖn dung mÉu:
Δadc= δ.a
C¸ch x¸c ®Þnh sai sè cña dông cô ®o ®iÖn:
a lμ gi¸ trÞ ®o ®− îc trªn dông cô, δ- cÊpchÝnh x¸c cña thang ®o lín nhÊt ®ang ®− îcsö dông.
Δadc= δ. amax
Hép ®iÖn trë mÉu 0÷9999 9Ω
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 25/633
Hép ®iÖn trë mÉu 0÷9999,9Ωcã δ=0,2 ®èi víi thang 1000 Ω;Gi¸ trÞ ®o ®− îc a=820,0 Ω
=>Δadc= δ.a=0,2%.820,0=1,64 Ω≈1,7 Ω§èi víi c¸c dông cô ®o hiÖn sè:
Δadc= δ.a+n.α
δ lμ cÊp chÝnh x¸c;a lμ gi¸ trÞ ®o hiÓn thÞ;α lμ ®é ph©n gi¶i;
h th é μ th ® μ d d
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 26/633
n-phô thuéc vμo thang ®o vμ dông cô do
nhμ s¶n xuÊt qui ®Þnh.§ång hå 2000digit DT890 cã δ=0,5; n=1
cho dßng 1 chiÒu; Umax=19.99V;§é ph©n gi¶i:
α=Umax /2000=19,99/2000≈0,01V;Sè ®o hiÓn thÞ U=15,78V
ΔUdc= δ.a+n.α=0,5%.15,78V+1.0,01V=0,0889V ≈ 0,1V
4 2 C¸ch x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o gi¸n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 27/633
4.2. C¸ch x¸c ®Þnh sai sè cña phÐp ®o gi¸ntiÕp: F=F(x,y,z)F- ®¹i l− îng ®o gi¸n tiÕp; x,y,z- ®o trùctiÕp
dzzFdy
yFdx
xFdF
∂∂+
∂∂+
∂∂=
z|z
F|y|
y
F|x|
x
F|F Δ
∂
∂+Δ
∂
∂+Δ
∂
∂=Δ
zzFy
yFx
xFF Δ
∂∂+Δ
∂∂+Δ
∂∂=Δ⇒
C¸ch x¸c ®Þnh sai sè t−¬ng ®èi cña phÐp
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 28/633
C¸ch x¸c ®Þnh sai sè t− ¬ng ®èi cña phÐp®o gi¸n tiÕp: F=F(x,y,z)1. LÊy Ln hai vÕ:
lnF=lnF(x,y,z)2. LÊy vi ph©n toμn phÇn:
d(lnF)=dF/F3. Rót gän biÓu thøc
4. LÊy tæng gi¸ trÞ tuyÖt ®èi vi ph©n riªngphÇn vμ ®æi d -> Δ
z,y,x,Fz,y,x,F →
VÝ dô: )l (lFlx
F
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 29/633
VÝ dô: )yxln(xlnFln
yx
xF +−=⇒
+
=
yx
y
)yx(x
xy
F
F
+
Δ+
+
Δ=
Δ→
yx
dy
)yx(x
ydx
yx
)yx(d
x
dx
F
dF
+
−
+
=
+
+−=
Sai sè cña c¸c ®¹i l− îng cho tr− íc lÊy
b»ng 1 ®¬n vÞ cña sè cã nghÜa cuèi cïng.Sai sè cña c¸c h»ng sè π, g ... lÊy ®Õn nhá
h¬n 1/10 sai sè t− ¬ng ®èi cña F
§o ®iÖn trë: R=U/I
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 30/633
4.3. BiÓu diÔn kÕt qu¶ b»ng ®å thÞ: y=f(x)
x
y
ΔxΔy
§o ®iÖn trë: R U/I
I
dI
U
dU
R
dR −=
I
I
U
U
R
R
Δ+
Δ=
Δ→
lnR=lnU-lnI
§−a ®å thÞ vÒ d¹ng tuyÕn tÝnh: y= ax+b
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 31/633
§− a ®å thÞ vÒ d¹ng tuyÕn tÝnh: y= ax+b
Phô thuéc gi÷a nhiÖt dung cña kim lo¹ivμo nhiÖt ®é ë nhiÖt ®é thÊp:
C/T
T 2α
γ
CKL=αT+ γT 3
•Bènb− íc chiÕn l− îc khi gi¶i bμi tËp:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 32/633
î g Ëp1. Kh«ng t×m ngay c¸ch tÝnh ®¸p sè cuèi cïng.
H·y chó ý ®Õn ®iÒu kiÖn ®Çu bμi.2. H·y nghÜ ®Õn c¸c c«ng thøc ¸p dông vμ ®iÒu
kiÖn cña nã.3. Quan s¸t kÜ h×nh vÏ, tõng phÇn h×nh vÏ.
4. H·y ch¾c ch¾n khi ¸p dông c¸c c«ng thøc.• C«ng cô gi¶i bμi tËp:
1. VÏ vμ
suy nghÜ cÈn thËn vÒ lùc, chän trôc to¹®é, nghÜ ®Õn c¸c gãc.2. KiÓm tra l¹i: vÐc t¬ hay thμnh phÇn, C¸c yÕutè gãc: Sin hay Cos, ©m hay d− ¬ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 33/633
Ch−
¬ng IVc¬ N¨ng &tr − êng lùc thÕ
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËtTr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
1 C«ng vμ c«ng suÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 34/633
1. C«ng vμ c«ng suÊt
1.1. §Þnh nghÜa:α= cos'.MM.FA
α= cos.s.FA
s.FA rr
=
cosα > 0 Lùc ph¸t ®éng
cosα < 0 Lùc c¶n
αM M’
Fr
s
sd .FdA rr
=
sd .FADC
rr
(
∫=
MM’sd
r
F
r
C
D
Lùc sinh c«ng khi
®iÓm ®Æt cña nãchuyÓn dêi
1.2. C«ng suÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 35/633
1.2. C«ng suÊt
Trong kho¶ng thêi gian Δt lùc sinh c«ng ΔA →c«ng suÊt trung b×nh:
t
AP
ΔΔ
=
C«ng suÊt tøc thêidtdA
tAlimP 0t =ΔΔ= →Δ
C«ng suÊt cã gi¸ trÞ = ®¹o hμ
m cña c«ng theothêi gian sd .FdA rr
=
v.Fdtsd FP r
r
r
r
== C«ng suÊt b»ng tÝch v« h− íngcña lùc t¸c dông víi vÐc t¬ vËntèc cña chuyÓn dêi
v.FP rr
=
2 N¨ l−î
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 36/633
2. N¨ng l− îng
Mét vËt ë tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh cã n¨ng l− îngx¸c ®Þnh.
N¨ng l− îng lμ hμm cña tr¹ng th¸i.HÖ thùc hiÖn mét c«ng n¨ng l− îng thay ®æi:
W2 - W1 = A§é biÕn thiªn n¨ng l− îng cña mét hÖ trong
mét qu¸ tr×nh = c«ng mμ hÖ nhËn ®− îc trongqtr×nh ®ã
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 37/633
A>0 hÖ nhËn c«ng; A<0 hÖ sinh c«ngNÕu A=0, n¨ng l− îng hÖ kh«ng ®æi: W2 = W1 =const
§L b¶o toμn n¨ng l− îng: N¨ng l− îng cña hÖ c«lËp ®− îc b¶o toμn
C«ng lμ hμm cña qu¸ tr×nh; HÖ sinh c«ng n¨ngl− îng gi¶m -> kh«ng thÓ sinh c«ng m·i m·i mμ
kh«ng nhËn n¨ng l− îng tõ bªn ngoμi.
3. §éng n¨ng: PhÇn n¨ng l− îng øng víi chuyÓn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 38/633
®éng cña vËt
∫=
)2(
)1(
sd .FA rr
MM’sd r
Fr
1
2
dt
vd mamF
r
rr
==
∫=
)2(
)1(
sd .dtvd m r
r
2
mv
2
mv
)2
vm
(d vd vmA
21
22
)2(
)1(
2)2(
)1(2,1 −=== ∫∫
r
rr
2
mv22=W®2 2
mv21=W®1
3.1. §Þnh lý vÒ ®éng n¨ng
§é biÕn thiªn ®éng n¨ng cña chÊt ®iÓm trong
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 39/633
W®2 > W®1 => Lùc ph¸t ®éng sinh c«ngW®2 < W®1 => Lùc c¶n
2
mv2=W®
qu·ng ®− êng nμo ®ã cã gi¸ trÞ b»ng c«ng cña
ngo¹i lùct¸c dông lªn chÊt ®iÓm trong qu·ng®− êng ®ã A12=W®2-W®1
§éng n¨ng vËt r¾n l¨n kh«ng tr− ît = §éngn¨ng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn + §éng n¨ng
chuyÓn ®éng quay:
2I2mv
22
ω+=W®
4. Va ch¹m xuyªn t©m
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 40/633
Thay v1’=v2+v2’-v1 cã
2'vm
2'vm
2vm
2vm
222
211
222
211 +=+
4. Va ch¹m xuyªn t©m
11 v,m r
22 v,m r
HÖ c« lËp >>§Þnh luËt b¶o toμn ®éng l− îng'vm'vmvmvm 22112211 +=+
Va ch¹m ®μn håi §Þnh luËt b¶o toμn ®éng n¨ng:
22121' vm2v)mm(v +−=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 41/633
21
1mm
v+
=
C¸c tr− êng hîp riªng:
m1= m2 => v1’=v2 vμ v2’=v1;m1<< m2 => v1’ ≈ -v1 vμ v2’ ≈ v2
21
11212'2
mm
vm2v)mm(v
+
+−=
Va ch¹m mÒm: Sau vach¹m hai vËt dÝnh vμo nhau
VËn tèc chung sau vach¹m: 21
2211
mm
vmvmv
+
+=
C¬ n¨ng kh«ng b¶o toμn v× to¶ nhiÖt,
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 42/633
2
v)mm(
2
vm
2
vm
|W|
221
222
211 +
−+=Δ d
g g Ö ,
thμ
nh n¨ng l−
îng liªn kÕt, g©y biÕnd¹ng v.v..
§éng n¨ng gi¶m:
221
21
21d )vv()mm(2 mmW −+=Δ
5. Tr− êng lùc thÕ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 43/633
Tr− êng lùc: T¹i mäi vÞ trÝ trong tr− êng lùcchÊt ®iÓm ®Òu bÞ lùc t¸c dông
)z,y,x(F)r (FFr
rrr
==
∫=MN
MN sd FA
rr
Fr
vr
sd r
NM
NÕu c«ng AMN
kh«ng phô thuéc vμo d¹ng ®− êng®i mμ chØ phô thuéc vμo ®iÓm ®Çu vμ ®iÓm cuèith× lμ lùc cña tr− êng lùc thÕ )r (F
rr
5.1. §Þnh nghÜa tr− êng lùc thÕ
∫ = 0sd F r
r
5.2. VÝ dô vÒ tr− êng lùc thÕ M
z
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 44/633
Träng tr− êng ®Òu: GÇn mÆt
®Êt g=const
N
M
Pr
sd r
αzz+dz
zN
zM
gmP r
r
=
sd PAMN
MN
rr
∫=
α== cos.mgdssd PdA rr
dzcos.ds =αmgdzdA −= DÊu - do ®é cao gi¶m
)zz(mgmgdzA NM
z
z
MN
N
M
−=−= ∫
C«ng cña lùc hÊp dÉn chØ phô thuéc vμ
o ®iÓm®Çu vμ ®iÓm cuèi cña chuyÓn dêi
∫ = 0sd P r
r
6. ThÕ n¨ng§Þ h hÜ ThÕ ñ hÊ ®iÓ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 45/633
§Þnh nghÜa: ThÕ n¨ng cña chÊt ®iÓm trong
tr− êng lùc thÕ lμ mét hμm Wt phô thuéc vμo vÞtrÝ cña chÊt ®iÓm sao cho AMN=Wt(M)- Wt(N)
ThÕ n¨ng ®− îc ®Þnh nghÜa sai kh¸c mét h»ng sè céng: Wt(z) = mgz + C
TÝnh chÊt: ThÕ n¨ng ®− îc ®Þnh nghÜa sai kh¸cmét h»ng sè céng, nh− ng hiÖu thÕ n¨ng gi÷a 2
®iÓm x¸c ®Þnh∫ = 0sd F
rr
• Gi÷a tr− êng lùc thÕ vμ thÕ n¨ng:
• ThÕ n¨ng lμ d¹ng n¨ng l− îng ®Æc tr− ng chot− ¬ng t¸c
7.§Þnh luËt b¶o toμn c¬ n¨ng trong tr− êng lùc thÕ7 1 C ¨ ChÊt ®iÓ h Ó ®é t
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 46/633
7.1.C¬ n¨ng: ChÊt ®iÓm chuyÓn ®éng trong
tr− êng lùc thÕ C¬ n¨ng: W=W® + Wt
7.2.§Þnh luËt: AMN=Wt(M)- Wt(N)
AMN=W®(N)- W®(M)=> W®(M) + Wt(M)= Wt(N) + W®(N)
=> W=W® + Wt = constChÊt ®iÓm chuyÓn ®éng trong tr− êng lùc thÕ mμ
kh«ng chÞu t¸c dông cña lùc nμo kh¸c th× c¬ n¨ng cña nã ®− îc b¶o toμn.
Trong träng tr− êng ®Òu (gÇn mÆt ®Êt):W=W® +mgh = const
7.3. S¬ ®å thÕ n¨ng Wt = Wt(x,y,z)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 47/633
W= mv2 /2 + Wt= const
Wt(x) ≤ WThÕ n¨ng cña chÊt ®iÓmkh«ng thÓ v− ît qu¸ c¬ n¨ng cña nã
Wt(x)
xW
xAx
Dx
Bx
C
To¹ ®é cña chÊt ®iÓm n»m trong ph¹m vi:
xA ≤ x ≤ xB vμ x ≥ xC
T¹i xD
thÕ n¨ng ®¹t cùc tiÓu
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 48/633
Ch− ¬ng V
Tr − êng hÊp dÉn
1. §Þnh luËt Niut¬n vÒ lùc hÊp dÉn vò trô
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 49/633
1.1. Ph¸t biÓu ®Þnh luËt
Fr
'Frm m’
r
0'FF =+ rr
2r
'mm
GF =G = 6,67.10-11Nm2 /kg2
H»ng sè hÊp dÉn vò trô
m = m’=60kg, r=0,1m => F= 2,4.10-5N• ¸p dông cho 2 chÊt ®iÓm• ¸p dông cho 2 hai qu¶ cÇu ®ång chÊt
2 chÊt ®iÓm cã khèi l− îng m, m’ hót nhau
nh÷ng lùc F vμ F’ cã cïng ph− ¬ng lμ ®− êngth¼ng nèi 2 chÊt ®iÓm, cïng ®é lín tû lÖ víi m
vμ m’ tû lÖ nghÞch r2
1.2. ø ng dông
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 50/633
S ù thay ®æi gia tèc träng tr− êng theo ®é cao
R,M
2)hR (
MmGmgP
+==h, m
Trªn mÆt ®Êt
2)hR (
MGg
+=
20R MGg =
2
0 )hR
R (gg
+=
GÇn mÆt ®Êt h<<R)
R
h21(g
)R
h1(
1gg 0
20 −≈
+
=g0 ≈ 9,8 m/s2
TÝnh khèi l− îng cña c¸c thiªn thÓ
Khèi l ñ ¶ ®Ê M
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 51/633
Khèi l− îng cña qu¶ ®Êt:2
0
R
MGg =
kg10.6
10.67,6
)10.37,6(8,9
G
R gM 24
11
2620 ≈==
−
Khèi l−
îng cña mÆt trêi: 2HT 'R
'MMGF =
'R
vMF
2
LT = Gv'R 'M2
=
T 'R 2v π=
kg10.2G
'R )T
2('M
303
2
=π
=
R’M’
F LT
F HT
2. Tr− êng hÊp dÉn2 1 Kh¸i niÖm vÒ tr−êng hÊp dÉn:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 52/633
2.1. Kh¸i niÖm vÒ tr− êng hÊp dÉn:
Xung quanh mét vËt cã khèi l− îngtån t¹i tr− êng hÊp dÉn
BÊt cø vËt nμo cã khèi l− îng trongtr− êng hÊp dÉn ®Òu chÞu t¸c dông cña
lùc hÊp dÉn: Lùc träng tr− êng2.2. B¶o toμn m«men ®éng l− îng trong tr− êng hÊp dÉnLr
r r
vr
m
OM 0)F(/dt
Ld 0 =μ=
rr
r
Lùc xuyªn t©m
constL =r
ChuyÓn ®éng trªn quü ®¹o ph¼ng vu«nggãc víi L=> Quü ®¹o tr¸i ®Êt ph¼ng
2.3. TÝnh chÊt tr− êng hÊp dÉn:r'rsd
rrr
−=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 53/633
A
B
r r
'r r
r r sd
α== cos.PQ.Fsd FdA r
r
P Qsd r
α
dr cos.PQ =α
dr
r
MmGFdr dA
2−=−=
DÊu - do r gi¶m,F lμ lùc hót
∫−=B
A
r
r 2ABr
dr GMmA
)r MmG()
r MmG(A
BAAB −−−=
DÊu - thÓ hiÖn t− ¬ng t¸c hót
AAB chØ phô thuécvμo ®iÓm ®Çu vμ
®iÓm cuèi cñachuyÓn dêi
=>Tr− êng lùc thÕ
Fr
M, O
C)Mm
G(Wt +−=HÖ qu¶ Wt(∞)=0
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 54/633
)r
(t
ThÕ n¨ng cña chÊt ®iÓm trong tr− êng hÊp dÉn®− îc ®Þnh nghÜa sai kh¸c mét h»ng sè céng,
nh− ng hiÖu thÕ n¨ng gi÷a 2 ®iÓm hoμn toμn x¸c®Þnh
t
2.4. B¶o toμn c¬ n¨ng cña chÊt ®iÓm trongtr− êng hÊp dÉn W = W® + Wt
const)r MmG(
2mvW
2=−+= C = 0
r t¨ng => thÕ n¨ng t¨ng, ®éng n¨ng gi¶m
4. ChuyÓn ®éng trong tr− êng hÊp dÉn cña tr¸i ®Êtv VËn tèc vò trô cÊp I
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 55/633
v > v2
v1<v <v2
v
r
v1-VËn tèc vò trô cÊp I
v2-VËn tèc vò trô cÊp IIB¾n vËt lªn tõ mÆt ®Êt:
v < v1:VËt r¬i trë l¹i mÆt ®Êt
v = v1:VËt bay theo quÜ ®¹otrßn quanh tr¸i ®Êt
v > v2:VËt bay khái tr− êng hÊp dÉn cña tr¸i ®Êtv1 <v < v2:VËt bay theo quÜ ®¹o Ellip quanh
tr¸i ®Êt
v <v1
VËn tèc vò trô cÊp IGia tèc li t©m = gia tèc träng tr−êng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 56/633
Gia tèc li t©m = gia tèc träng tr− êng.
Coi quÜ ®¹o gÇn mÆt ®Êt
0
21
0 gR
v
a == s/km9,7Rgv
01 ==
VËn tèc vò trô cÊp II
C¬ n¨ng khi b¾n = C¬ n¨ng ë xa v« cïng
)Mm
G(2
mv)
R
MmG(
2
mv 222
∞−+=−+ ∞
0)R
MmG(
2
mv22 >−+ s/km2,11Rg2v 02 =≥
Dao ®éng & Sãng c¬
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 57/633
Dao ®éng & Sãng c¬
(Ch− ¬ng 8-9)
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËtTr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
Tù ®äc: Dao ®éng, Sãng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 58/633
• Lùc kÐo vÒ vÞ trÝ c©n b»ng• Qu¸n tÝnh• VÞ trÝ c©n b»ng §iÒu kiÖn
hÖ dao ®éng:
Tæng hîp hai dao ®éng Cïng tÇn sè ω cïng
ph−
¬ng xCïng tÇn sè, Ph− ¬ng vu«ng gãc
)(sin)cos(aaxy2
ay
ax 12
212
2122
2
21
2
ϕ−ϕ=ϕ−ϕ−+
Tæng hîp hai dao ®éng vu«ng gãc (Xem BT1 1)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 59/633
1.1)Cïng tÇn sè ω:x=a1cos(ωt+ϕ1)
y=a2cos(ωt+ϕ2))(sin)cos(
aa
xy2
a
y
a
x12
212
21
2
2
2
2
1
2
ϕ−ϕ=ϕ−ϕ−+
Sù h×nh thμnh sãng c¬ trong m«i tr− êng
chÊt
C¸c ®Æc tr− ng cña sãng
Dao ®éng: chuyÓn ®éng ®− îc lÆp l¹i nhiÒu lÇntheo thêi gian
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 60/633
• Lùc kÐo vÒ vÞ trÝ c©n b»ng
• Qu¸n tÝnh1. Dao ®éng c¬ ®iÒu hoμ
x
theo thêi gian
kxF −=Kh«ng cã ma s¸t ->dao ®éng c¬ ®iÒu hoμ
1.2. Ph− ¬ng tr×nh dao ®éng c¬ ®iÒu hoμ
kxdt
xd
m 2
2
−= 0xm
k
dt
xd 2
2
=+
• VÞ trÝ c©n b»ng §iÒu kiÖnhÖ dao ®éng:
20
mk ω= 0x
dt
xd 202
2
=ω+ 00 >ω
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 61/633
m dt
)tcos(Ax 0 ϕ+ω= Dao ®éng ®iÒu hoμ lμ dao ®éng cã ®é dêi lμhμm sè SIN hoÆc COS theo thêi gian1.3. Kh¶o s¸t dao ®éng ®iÒu hoμ
• Biªn ®é dao ®éng: A=|x|max
m
k 0 =ω• TÇn sè gãc riªng
• Pha cña dao ®éng:(ω0t+ϕ),t=0->ϕ pha ban ®Çu.
• VËn tèc con l¾c: )tsin(Adt
dxv 00 ϕ+ωω−==
x)tcos(Axd
a 200
202
2
ω−=ϕ+ωω−==• Gia tèccon l¾c
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 62/633
dt
co ¾c
• Chu k× dao ®éng: x(t+T 0)=x(t),v(t+T 0)=v(t), a(t+T 0)=a(t)
k
m2
2T
0
0 π=
ω
π=
• TÇn sè riªngπ
ω==ν2T
1 0
0
0x,a,v
t
Aω2
-Aω
A • N¨ng l− îng dao®éng ®iÒu hoμ
2d mv
21W =
)t(sinmA2
10
22
0
2
ϕ+ωω=
C«ng do lùc ®μn håi:kx2xx kx2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 63/633
2
kx
kxdxFdxA00
t −=−== ∫∫ 2WW t0t −=−
)t(coskA2
1
2
kxW 022
2
t ϕ+ω== 20mk ω=
)t(cos)t([sinkA2
1WWW 0
20
22td tg ϕ+ω+ϕ+ω=+=
constmA21kA
21W 2
022 =ω==
ThÕ n¨ng:
TÇn sè gãc riªng m
W2
A
1
0
=ω
1.5. Con l¾c vËt lý⊥+= FFP //
rrr
rO
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 64/633
θ≈θ=⊥ MgsinMg|F|Ph− ¬ng tr×nh c¬ b¶n cña vËt
r¾n quay quanh trôc O
θd
gMP r
r
=⊥F
r
//Fr
O
μ=θ
=β2
2
dt
d II
θ−=−=μ ⊥ dMgdF
d Mg
dt
d I
2
2
θ−=θ
0
I
Mgd
dt
d 2
2
=θ+θ
I
Mgd 0 =ωCon l¾c ®¬n
l
m
θ I=ml2
l
g
ml
mgl20 ==ω
2. Dao ®éng c¬ t¾t dÇnDo ma s¸t biªn ®é gi¶m dÇn theo thêi gian=> t¾t
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 65/633
Do ma s¸t biªn ®é gi¶m dÇn theo thêi gian > t¾t
h¼n Lùc ma s¸t: FC=-rv2.1. Ph− ¬ng tr×nh dao ®éng t¾t dÇn
dt
dxr kxdt
xd m2
2
−−= 0xmk
dtdx
mr
dtxd 2
2=++
20
m
k ω= β= 2m
r 0x
dt
dx2
dt
xd 202
2
=ω+β+
)tcos(eAx t0 ϕ+ω= β−
220 β−ω=ω
22
0
22T
β−ω
π=
ω
π=
2.2. Kh¶o s¸t dao ®éng t¾t dÇnBiªn ®é dao ®éng theo thêi gian t
0eAA β−=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 66/633
Biªn ®é dao ®éng theo thêi gian 0eAAt
0t
0 eAxeA β−β− ≤≤−x
t
A0e-βt
-A0e-βt
A0A0cosϕ
-A0
L− îng gi¶m loga
Teln)Tt(e0A
te0A
ln)Tt(A
)t(A
ln β
=+β−
β−
=+=δ
δ= βT NhËn xÐt:• T>T 0• ω0> β míi cã dao ®éng
• ω0 ≤ β lùc c¶n qu¸ lín kh«ng cã dao ®éng
Biªn ®é gi¶m theo d¹ng hμm e mò -> 0
3. Dao ®éng c¬ c− ìng bøc Dao ®éng d− íi t¸c ®éng ngo¹i lùc tuÇn hoμn.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 67/633
(bï n¨ng l− îng th¾ng lùc c¶n) -> HÖ dao ®éngvíi tÇn sè c− ìng bøc
3.1. Ph− ¬ng tr×nh dao ®éng c¬ c− ìng bøcLùc ®μn håi: Fdh =-kx, Lùc c¶n: FC=-rv,Lùc c− ìng bøc: F
CB
=HcosΩt
tcos
m
Hx
m
k
dt
dx
m
r
dt
xd 2
2
Ω=++ 2
0
m
k ω=
β= 2m
r
tcosm
H
xdt
dx
2dt
xd 2
02
2
Ω=ω+β+
Ph− ¬ng tr×nh kh«ng thuÇn nhÊt cã nghiÖm:x = xtd + xcb
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 68/633
td cb
Sau thêi gian dao ®éng t¾t dÇn bÞ t¾t, chØ cßnl¹i dao ®éng c− ìng bøc:
22220
2 4)(mHA
Ωβ+ω−Ω=
20
2
2tg ω−Ω
Ωβ−=Φ3.2. Kh¶o s¸t dao ®éng c¬ c− ìng bøc
0
d
dA=
Ω
Ω 0 220 2β−ω ∞
A 20m
H
ω Amax 0
x = xcb=Acos(Ωt+Φ)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 69/633
3.3. ø ng dông hiÖn t− îng céng h− ëng
Lîi: Dïng lùc nhá duy tr× dao ®éng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 70/633
Lîi: Dïng lùc nhá duy tr× dao ®éng§o tÇn sè dßng ®iÖn-tÇn sè kÕ
H¹i: g©y ph¸ huû -> tr¸nh céng h− ëng
4. Tæng hîp, ph©n tÝch c¸c dao ®éng (Tù ®äc) Tæng hîp hai dao ®éng cïng ph− ¬ng x:
x
Cïng tÇn sè ω:x1=a1cos(ωt+ϕ1)
x2=a2cos(ωt+ϕ2)x=a.cos(ωt+ϕ)
ωt+
ϕ1
1ar a
r
ωt+ϕ22a
r
2/12121
22
21 )]cos(aa2aa[a ϕ−ϕ++=
2211
2211
cosacosasinasinatg
ϕ+ϕϕ+ϕ=ϕ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 71/633
TÇn sè ω1 ≈ ω2 , ϕ1 = ϕ2 = ϕ, a1 =a2 =a0:x1=a0cos(ω1t+ϕ) x2=a0cos(ω2t+ϕ)
)](t)cos[(a2a2a 2120
20
2
ϕ−ϕ+ω−ω+=])t)cos[(1(a2a 21
20
2 ω−ω+=
2
t)(cosa4a 2122
02 ω−ω=
|2
t)(cosa2|a 210 ω−ω= 21
4
T ω−ω
π
=
Chu k× biªn ®é lín
]2
t)(cos[.ax 21 ϕ+
ω+ω=
Ph¸ch |2
t)(cosa2|a 210
ω−ω=x T lín
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 72/633
]
2
t)(cos[.ax 21 ϕ+
ω+ω=
t
Ph¸ch lμ hiÖn t− îng tæng hîp hai dao ®éng®iÒu hoμ thμnh dao ®éng biÕn ®æi kh«ng ®iÒuhoμ cã tÇn sè rÊt thÊp b»ng hiÖu tÇn sè cña 2dao ®éng thμnh phÇn
ø ng dông trong kÜ thuËt v« tuyÕn
Tæng hîp hai dao ®éng vu«ng gãc (Xem BT1.1)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 73/633
)
Cïng tÇn sè ω:x=a1cos(ωt+ϕ1)y=a
2cos(ωt+ϕ
2)
)(sin)cos(
aa
xy2
a
y
a
x12
212
21
2
2
2
2
1
2
ϕ−ϕ=ϕ−ϕ−+
ϕ2 -ϕ1=2kπ
QuÜ ®¹o Ellip
0a
y
a
x
21
=−
y
xa1-a1
a2
-a2 ϕ2 -ϕ1=(2k+1)π
ϕ2 -ϕ1=(2k+1)π /222
ya2
y ax2 + y2=a2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 74/633
1ay
ax 2
221
=+ xa1-a1
-a2
xa-a
-a
xa1-a1
a2
-a2
Tr− êng hîp trung gian Kh¸c tÇn sè ω:
x=a1cos(ω1t+ϕ1)y=a2cos(ω2t+ϕ2)
QuÜ ®¹o tuú
thuéc vμo 2
1
1
2
T
Thay
ω
ω
a2
xa1-a1
-a2 2
1
T
T
2
1
=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 75/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 76/633
• Chu k× T vμ tÇn sè ν lμ chu k× vμ tÇn sè cñaphÇn tö dao ®éng trong m«i tr− êng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 77/633
• B− íc sãng:λ lμ qu·ng ®− êng truyÒnsãng trong thêi gian 1 chu k× T
ν==λ
vvT
Kho¶ng c¸ch ng¾n nhÊt gi÷a c¸c ®iÓm cã cïngpha (HÕt tù ®äc)
2. Hμm sãng
yO
Mvr
T¹i O sãng ph¼ng)tcos(A)t(x ϕ+ω=
T¹i M sãng chËm
pha t’=t+y/v ])v
yt(cos[A)'t(x ϕ+−ω=
Coi ϕ=0, hμm sãng t¹i ®iÓm y bÊt k× c¸ch O:y )
y2tcos(A
π−ω=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 78/633
)vt(cosAx −ω=)
Tv(
)y2
t(i
Aex λ
π−ω−
= n2
k r
r
λ
π= y
2r k
λ
π=
r
r
VÐc t¬ sãng
r r
O
y
nr
sãng lan truyÒn tõ
O ra xa v« cïng:
)r k t(i
0e)t,r (
r
r
r −ω−
ψ=ψsãng lan truyÒn tõ
v« cïng vÒ O :
)r k t(i0e)t,r (
r
r
r +ω−ψ=ψ
Kh«ng gian ba chiÒu
• Sãng cÇu
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 79/633
Nguån sãng lμ nguån ®iÓm,
mÆt sãng lμ
mÆt cÇu
• Sãng ph¼ng:
• C¸c tia sãng song song víinhau, mÆt sãng lμ mÆt ph¼ng
4. N¨ng l− îng cña sãng c¬ N¨ng l− îng cña sãng: M«i tr− êng ®ång nhÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 80/633
®¼ng h− íng. XÐt thÓ tÝch δVδW= δW® + δWt
2mu2=δW® m=δVρ )y2tsin(A
dtdxu
λπ−ωω−==
)y2
t(sinVA21 222
λπ
−ωωρδ=δW®
V)dy
dx
(
1
2
1
W 2
t δα=δ
)y2
tsin(
v
A
dy
dx
λ
π−ω
ω=
αρ
= 1
v)
y2t(sinVA
2
1W 222
t
λ
π−ωωρδ=δ
u- VËn tèc ph©ntö dao ®éng
)y2t(sinVAW 222
λπ−ωωρδ=δ
−
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 81/633
• MËt ®é n¨ng l−
îng: trong ®¬n vÞ thÓ tÝch)
y2t(sinA
V
W 222
λπ
−ωωρ=δδ
=ϖ
• MËt ®é n¨ng l− îngtrung b×nh cña sãng
22tb A
2
1ωρ=ϖ
• N¨ng th«ng sãng, vÐc t¬ Umèp-PoyntingN¨ng th«ng sãng P qua mét mÆt nμo ®ã trong
m«i tr− êng lμ ®¹i l− îng vÒ trÞ sè b»ng n¨ngl− îng sãng göi qua mÆt ®ã trong 1 ®v thêi gian:
P=ϖSv
• Gi¸ trÞ trung b×nhcña n¨ng th«ng sãng SvA
1SvP 22
tb ωρ=ϖ=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 82/633
2• MËt ®é n¨ng th«ng sãng trung b×nh: göi quamét ®v diÖn tÝch
vvA2
1
S
Ptb
22
ϖ=ωρ==ΦvÐc t¬ Umèp-Poynting
vtb
r
r
ϖ=Φ
Ch− ¬ng I
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 83/633
§éng häc chÊt ®iÓm
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËtTr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
§éng häc: N/C c¸c ®Æc tr− ng cña chuyÓn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 84/633
®éng vμ nh÷ng chuyÓn ®éng kh¸c nhau(kh«ng tÝnh ®Õn lùc t¸c dông)
§éng lùc häc: N/C mèi quan hÖ gi÷achuyÓn ®éng víi t− ¬ng t¸c gi÷a c¸c vËt (
cã tÝnh ®Õn lùc t¸c dông)
TÜnh häc lμ mét phÇn cña §éng lùc häcN/C tr¹ng th¸i c©n b»ng cña c¸c vËt
1. Nh÷ng kh¸i niÖm më ®Çu1.1 ChuyÓn ®éng vμ hÖ qui chiÕu:
z
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 85/633
Thay ®æi vÞ trÝ so víi vËt kh¸c.VËt coi lμ ®øng yªn lμm mèc gäi lμ
hÖ qui chiÕu
x
y0
1.2. ChÊt ®iÓm: VËt nhá so víi kho¶ng c¸ch
nghiªn cøu -> Khèi l− îng vËt tËp trung ë khèit©m. vμ hÖ chÊt ®iÓm:
TËp hîp nhiÒu chÊt ®iÓm = HÖ chÊt ®iÓm
o
1.3. Ph− ¬ng tr×nhchuyÓn ®éng cñachÊt ®iÓm
M
x=f x(t)y=f y(t)
z=f z(t))t(r r
rr
=z
yx
1.4. QuÜ ®¹o: §− êng t¹o bëi tËp hîp c¸c vÞtrÝ cña chÊt ®iÓm trong kh«ng gian
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 86/633
F/t quÜ ®¹o:Khö tham sè t trong f/t c®:z
yx
VÞ trÝ chÊt ®iÓm x¸c ®Þnh bëi cung AM=s
Qu·ng ®− êng s lμ hμm cña thêi gian s=s(t)
MA
VÝ dô: F/t chuyÓn ®éng:x=a.cos(ωt+ϕ)y=a.sin(ωt+ϕ)
F/t quÜ ®¹o:
x
2
+y
2
=a
2
1.5. Hoμ
nh ®é cong:
2. VËn tèc2.1. §Þnh nghÜa vËn tèc:
Ó Ó A(
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 87/633
VËn tèc tøc thêi:dtds
tslimv
0t=
ΔΔ=
→Δ
2.2. VÐc t¬ vËn tèc
dt
sd
t
s
limv 0t
rr
r
=Δ
Δ
= →Δ
M M’
T¹i thêi ®iÓm t chÊt ®iÓm t¹i sMA =
vËn tèc trung b×nht
sv
ΔΔ
=
v>0
v<0sssMA Δ+=′=′
(
t¹i thêi ®iÓm t’= t+Δt ->
2.2. VÐc t¬ vËn tèc trong hÖ to¹ ®é ®Ò c¸c:
OM
r
d''OM
rrr zM’
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 88/633
§¹o hμm vect¬ to¹®é theo thêi gian
r OM = r d r 'r 'OM +==r d 'MM
r
= r d sd rr
=
dtr d v
r
r
=
=v
r
dt
dzv
dt
dy
v
dt
dxv
z
y
x
==
= 2
z
2
y
2
x vvvv ++=
yx
Mr r
'r r
O
222 )
dt
dz()
dt
dy()
dt
dx( ++=
3. Gia tèc
'r
3.1. §Þnh nghÜa vμ biÓu thøc cña vÐc t¬ gia tèc:r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 89/633
T¹i M’: t’= t+Δt , 'vr
v'vv rrr
−=Δ
t
va tb ΔΔ=
r
r
dt
vd
t
vlima 0t
rr
r
=ΔΔ= →Δ
ar
2
2z
z
2
2y
y
2
2x
x
dt
zd
dt
dva
dt
yd
dt
dv
a
dtxd
dtdva
==
==
==
2
2
22
2
22
2
2
2z
2y
2x
)dt
zd ()
dt
yd ()
dt
xd (
aaaa
++=
++=
vr
T¹i M: t ,
tar
3.2 Gia tèc tiÕp tuyÕn vμ gia tèc ph¸p tuyÕn
t n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 90/633
ar
t
nar
nt aaa rrr
+=
tar
nar
Gia tèc tiÕp tuyÕn
gia tèc ph¸p tuyÕn
ChiÕu vÐc t¬ gia tèc lªn tiÕp tuyÕn vμ ph¸p tuyÕn
cña quü ®¹o
Cã h iÕ Õ íi Ü ®
Gia tèc tiÕp tuyÕn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 91/633
dtdv
tvlima t'tt =ΔΔ= →
-Cãph− ¬ng tiÕp tuyÕn víi quÜ ®¹o- Cho thÊy sù thay ®æi gi¸ trÞ cña vËn tèc
0
dt
dv<
0
dt
dv>
M
- Cã chiÒu tuú theo gi¸trÞ ©m, d− ¬ng cña dv/dt
- Cã gi¸ trÞ
Gia tèc ph¸p tuyÕn
Mø ® h ®æi h− ñ è
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 92/633
- Møc ®é thay ®æi ph− ¬ng cña vËn tèc- C ã p h− ¬ng trïng ph¸p tuyÕn cña quü ®¹o
- H−
íng vÒ phÝa lâm cña quü ®¹o- Cã gi¸ trÞ
R
v
a
2
n =M
r
tar
n
r
KÕt luËn
1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 93/633
anant aaa
rrr
+=
22
22n
2t )
R
v()
dt
dv(aaa +=+=
• an=0 -> chuyÓn ®éng th¼ng
• at=0 -> chuyÓn ®éng cong ®Òu• a=0 -> chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu
R
1®é cong
cña quÜ®¹o
4. Mét sè d¹ng chuyÓn ®éng c¬ ®Æc biÖt4.1. ChuyÓn ®éng th¼ng biÕn ®æi ®Òu:
M0constar
2 2
0 2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 94/633
OM0consta == na
constdt
dvaa
t
===
∫ +== 0vatadtv
∫ +=+=⇒+== tv
2
atdt)vat(svat
dt
dsv 0
2
00
4.2. ChuyÓn ®éng trßnT¹i M: tT¹i M’: t’=t+Δt => OM quÐt Δθ O
tΔ
θΔ
=ω dt
d
tlim 0t
θ
=Δ
θΔ
=ω →Δ π
ω
==νω
π
= 2T
12
T ;
v -v 0=2as
θΔ M
M’
v vμ rr
ωQuan hÖ gi÷aθΔ=Δ= .R sMM
(
θΔΔ
ωr
rO
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 95/633
ω=ΔθΔ
=ΔΔ
→Δ→Δ .R t
.R limt
slim 0t0t
ω= R.v Rv rrr
×ω=⇒HÖ qu¶: 2
22
R R
)R (
R
v
ω=
ω
==naGia tèc gãc: T¹i ω
r
,t
vr
RrO
Qui t¾c tam diÖn thuËn
2
2
dt
d
dt
d
t
θ=
ω=
Δ
ωΔ=β →Δ 0tlim
ωΔ+ω=ωΔ+=
rrr
',tt't T¹i M’:
ωr
O t
r
β
r
ωr
r
rO
dt
d
tlim 0t
ω=ΔωΔ=β →Δ
rrr
R
rr
r
βt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 96/633
vr
RrO
M
taβ vr
RrO
Mta
r
βr
Qui t¾c tam diÖn thuËn
R ×β=ta
βθ=ω−ωω+
β
=θ
ω+β=ω
2t2
tt
20
2
0
20
T − ¬ng tù nh− trong chuyÓn ®éng th¼ng:
4.3. ChuyÓn ®éng víi gia tèc kh«ng ®æiy
hr
0
r
x 0
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 97/633
O x
hmax
α0yv
0xvr
0vax=0ay=-ga
g
dt
dv0
y −=
=dt
dvx
gtsinvvcosv
0y
0
−α=α=xv
Ph− ¬ng tr×nh chuyÓn ®éng
2
gtt.sinvy
t.cosv 2
0
0
−α=α=xM
Ph− ¬ng tr×nh quÜ ®¹o
α
−α=22
0
2
cosv2
gxxtgy
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 98/633
5.Tæng hîp vËn tèc vμ gia tècy y’
M'rr
rr
'oo'r r += rr
'ood'rdrdrr
dd
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 99/633
z
OxO’ x’
z’
Mr r
dt
ood
dt
r d
dt
r d +=
V'vvr
rr
+=⇒'dt
d
dt
d =
Vt¬ vtèc trong hqc Ovr
VÐc t¬ vËn tèc cña chÊt ®iÓm ®èi víi hÖ qchiÕuO b»ng tæng hîp vÐc t¬ vtèc cña chÊt ®iÓm ®ã®èi víi hÖ qc O’ch®éng tÞnh tiÕn ®víi hÖ qc O vμvt¬ vtèc tÞnh tiÕn cña hÖ qc O’ ®èi víi hÖ qc O
Vr
Vt¬ vtèc O’ ®èi víi O
'vr
Vt¬ vtèc trong hqc O’
dt
Vd
dt
'vd
dt
vd +=rr
A'aar
rr
+=⇒
a Vt¬ gia tèc M trong hqc O
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 100/633
a Vt¬ gia tèc M trong hqc O
A Vt¬ gia tèc O’ ®èi víi hqc Oa’ Vt¬ gia tèc M trong hqc O’
VÐc t¬ gia tèc cña chÊt ®iÓm ®èi víi mét hÖqchiÕu O b»ng tæng hîp vÐc t¬ gia tèc cña chÊt
®iÓm ®ã ®èi víi hÖ qc O’chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn®èi víi hÖ qc O vμ vt¬ gia tèc tÞnh tiÕn cña hÖ qc
O’ ®èi víi hÖ qc O
Ch−¬ng II
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 101/633
Ch− ¬ng II
®éng lùc häc chÊt ®iÓm
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 102/633
Isaac Newton
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 103/633
• Ph− ¬ng tr×nh c¬ b¶n cña c¬ häc chÊt ®iÓm: Fam
r
r
=
• HÖ qui chiÕu qu¸n tÝnh: r
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 104/633
• HÖ qui chiÕu qu¸n tÝnh:NghiÖm ®óng Ph− ¬ng tr×nh Fam
r
=
1.3.Lùc t¸c dông lªn chÊt ®iÓm trongchuyÓn ®éng cong
MtF
r
nFr
Fr
nar
tar
ar
nt aaa rrr
+=nt amamam
rrr
+=
nt FFF
rrr
+=
dt
dvmFt = R
v
mF
2
n =
Lùc tiÕp
tuyÕn
Lùc ph¸p
tuyÕn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 105/633
Kh«ng gian lμ t− ¬ng ®èi:x=x’+oo’=x’+Vt’
y=y’; z=z’=> chuyÓn ®éng lμ t−¬ng ®èi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 106/633
y=y ; z=z => chuyÓn ®éng lμ t− ¬ng ®èi.Kho¶ng kh«ng gian lμ tuyÖt ®èi: l=l’
x1 =x’1 +Vt’ ; x2 =x’2 +Vt’=> l=x2-x1=x’2-x’1=l’
2.1. PhÐp biÕn ®æi Galilª:x=x’+Vt’; y=y’; z=z’; t=t’vμ ng− îc l¹i x’=x-Vt; y’=y; z’=z; t’=t
2.2. Tæng hîp vËn tèc vμ gia tèc
O
y y’M
'rr
rr
'oo'r r += rr
'ood'rdrdrr
dd
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 107/633
z
OxO’ x’
z’
r r
dt
ood
dt
r d
dt
r d +=
V'vvr
rr
+=⇒'dt
d
dt
d =
Vt¬ vtèc trong hqc Ovr
VÐc t¬ vËn tèc cña chÊt ®iÓm ®èi víi hÖ qchiÕuO b»ng tæng hîp vÐc t¬ vtèc cña chÊt ®iÓm ®ã®èi víi hÖ qc O’ch®éng tÞnh tiÕn ®víi hÖ qc O vμvt¬ vtèc tÞnh tiÕn cña hÖ qc O’ ®èi víi hÖ qc O
Vr
Vt¬ vtèc O’ ®èi víi O
'vr
Vt¬ vtèc trong hqc O’
dtVd
dt'vd
dtvd +=
rr
A'aar
rr
+=⇒
a Vt¬ gia tèc M trong hqc O
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 108/633
a Vt¬ gia tèc M trong hqc O
A Vt¬ gia tèc O’ ®èi víi hqc O
a’ Vt¬ gia tèc M trong hqc O’
VÐc t¬ gia tèc cña chÊt ®iÓm ®èi víi mét hÖqchiÕu O b»ng tæng hîp vÐc t¬ gia tèc cña chÊt
®iÓm ®ã ®èi víi hÖ qc O’chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn®èi víi hÖ qc O vμ vt¬ gia tèc tÞnh tiÕn cña hÖ qc
O’ ®èi víi hÖ qc O
HÖ qui chiÕu qu¸n tÝnh: Famr
r
=
NÕu O’ chuyÓn ®éng th¼ng ®Òuè '
rr
2.3. Nguyªn lý t− ¬ng ®èi Galilª
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 109/633
Galilª
NÕu O chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu®èi víi O th× A=0 'amam =
Fam'am
r
rr
==O’còng lμ hqc qu¸n tÝnh
Mäi hÖ qui chiÕu chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu víihqc qu¸n tÝnh còng lμ hqc qu¸n tÝnh.
C¸c ®Þnh luËt Niu t¬n nghiÖm ®óng trongmäi hÖ qui chiÕu chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu
®èi víi hqc qu¸n tÝnh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 110/633
3.2. Lùc c¨ng
Trªn toμn sîi d©y
OO
1Tr
2Tr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 111/633
Trªn to n sîi d©y
P
r
3.3. Lùc qu¸n tÝnhNÕu hÖ qui chiÕu O’ chuyÓn ®éng cã gia tèc ®èi
víi hÖ qui chiÕu O A'aar
rr
+=a Vt¬ gia tèc cña chÊt ®iÓm trong hqc O
A Vt¬ gia tèc O’ ®èi víi hqc Oa’ Vt¬ gia tèc cña chÊt ®iÓm trong hqc O’
FF'amrr
r
+=
Amam'amr
rr
−=⇒Aa'ar
rr
−= Ar
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 112/633
QTFFam +=
AmFQT
rr
−=HÖ O’gäi lμ hÖ qui chiÕu kh«ng
qu¸n tÝnhLùc qu¸n tÝnh li t©m xuÊt hiÖn
khi O’ chuyÓn ®éng cong so víiO
nQTLT amF r
r
−=
R
v
mF
2
QTLT =
AmFQT
rr
−=
Lùc qu¸n tÝnh
nLT amF r
r
−= )R
vg(mFPF
2
LT −=−=
vr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 113/633
gmP
r
r
=
gmP r
r
=nLT
amF r
r
−=
)
R
vg(mFPF
2
LT +=+=
R r R
r
v
vr
3.4. Lùc h− íng t©m, lùc li t©m xuÊt hiÖn khichÊt ®iÓm chuyÓn ®éng cong:
vr
nLT FF
rr
−=• Lùc h− íng t©m: kÐo chÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 114/633
v
nHT FFrr
=
Lùc h íng t©m: kÐo chÊt®iÓm vÒ phÝa lâm cña quÜ
®¹o:FHT =T lùc c¨ng cña sîi d©y
• Lùc li t©m: lμm chÊt ®iÓm v¨ng vÒ phÝalåi cña quÜ ®¹o c©n b»ng víi lùc h− íngt©m
R
vmFF
2
LTHT ==
4. ®éng l− îng cña chÊt ®iÓm4.1. C¸c ®Þnh lý vÒ ®éng l− îng
§Þnh lý I Fdt
vmd amF
r
r
r
r
=⇒=FdtK d
r
r
=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 115/633
Þ ý dt⇒
Fdt
)vm(d r
r
=
dtvmK
r
r
= lμ vÐc t¬ ®éng l− îng
§Þnh lý IIdtFK d
rr
=
∫∫ =2
1
t
t
)2(
)1(
dtFK d rr
∫=−=Δ2
1
t
t
12 dtFK K K rrrr
§é biÕn thiªn ®éng l− îng =Xung l− îng cña lùc
HÖ qu¶:
Ft
K r
r
=Δ
Δ §é biÕn thiªn ®éng l− îng/®vÞ thêi
gian=Lùc t¸c dông
4.2. ý nghÜa cña ®éng l− îng vμ xung l− îng• C¶ khèi l− îng vμ vËn tèc ®Æc tr− ng cho
chuyÓn ®éng vÒ mÆt ®éng lùc häc§ l ® h kh¶ Ò
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 116/633
y é g Æ é g ù ä• §éng l− îng ®Æc tr− ng cho kh¶ n¨ng truyÒn
chuyÓn ®éng trong va ch¹m• ý nghÜa cña xung l− îng: T¸c dông cña lùc
kh«ng chØ phô thuéc vμo c− êng ®é, mμ c¶ vμothêi gian t¸c dông
α
1vm
r
1vmr
−
2vmr
tFΔr
tFvmvmK 12 Δ=−=Δ r
rr
r
t
cosmv2F
Δα=
HÖ chÊt ®iÓm M1, M2, ...,Mn
5. §Þnh luËt b¶o toμn ®éng l− îng cña hÖ chÊt®iÓm
5.1. §Þnh luËt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 117/633
HÖ chÊt ®iÓm M1, M2, ...,Mn
cã khèi l− îng m1, m2, ..., mn
n21 a,...,a,a rrr
Cã gia tèc
n21 F,...,F,Frrr
ChÞu t¸c dông lùc
FFamn
1ii
n
1iii
rr
r
==∑∑==
iii Fam
r
r
=
0F
dt
)vm(d n
1iii
==∑=
r
r
constvmn
1i
ii =⇒∑=
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 118/633
constvm...vmvm nn2211 =+++ rrr
constm
vm
V n
1ii
n
1iii
G == ∑
∑
=
=
r
r
Tæng ®éng l− îng hÖ c« lËp b¶o toμn
Khèi t©m hÖ c« lËp hoÆc®øng yªn hoÆc chuyÓn®éng th¼ng ®Òu
5.2. B¶o toμn ®éng l− îng theo ph− ¬ng:constvm...vmvm nn2211 =+++
rrr lªn trôc x ®− îc:ChiÕu
constvmvmvm 2211 =+++
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 119/633
H×nh chiÕu cña tæng ®éng l− îng cña hÖ c«lËp lªn mét ph− ¬ng x ®− îc b¶o toμn
constvm...vmvm nxnx22x11 +++
5.3. ø ng dông
Sóng: V,Mr
§¹n: v,m r
0v.mV.M =+ r
r
MvmV
r
r
−=
Sóng giËt vÒ phÝa sau
Sóng giËt
Tªn löa + thuèc: vMr
r
=1K
)vu(dM)vu(dM1
rrrr
r
+−=+=phôt rathuècK
Thuèc phôt: phôt dM1
vμ vËn tèc ur
M+dMv
ChuyÓn ®éng ph¶n lùc:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 120/633
Tªn löa sau khi phôt dM thuèc:
)()(1phôt rathuèc
)vd v)(dMM( rr
r
++=löantªK
löantªphôt rathuèc2 KKK
rrr
+= 12 KK
rr
=vM)vd v)(dMM(
rrrrr
=++++ )vudM(-
dMuvMd rr
= Mdv=-udM
C«ng thøc Xi«nk«pxki:
M
Mlnuv 0=
dM1=-dM
v
u
(M-dM)dvvr
Tai thêi ®iÓm t: HÖ quy chiÕu OchuyÓn ®éng víi vËn tèc v cïng tªnlöa vμ thuèc.Tªn löa phôt dM thuèc víi vËn tèc u
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 121/633
dM.u
Oso víi O:
-> Kthuèc= dM.uVËn tèc tªn löa t¨ng lªn dv so víi O-> K
Tªn löa=(M-dM)dv
So víi hÖ quy chiÕu O:KTªn löa+Kthuèc=0
(M-dM)dv+dMu=0Mdv=-udM
C«ng thøc Xi«nk«pxki: M
M
lnuv 0
=
v-VËn tèc tªn löa
5. ø ng dông ph− ¬ng tr×nh c¬ b¶n cña c¬ häc®Ó kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña c¸c vËt
Famr
r
= F lμ tæng hîp lùc t¸c dông lªn chÊtÓ ¶
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 122/633
®iÓm = Lùc ph¸t ®éng- Lùc c¶n
VÝ dô: HÖ gåm mA, mB, hÖ sè ma s¸t k,d©y kh«ng gi·n, rßng räc kh«ng ma s¸t vμ khèi
l− îng
B
Pr
1Tr
2Tr
APr
2P
r
1Pr
Nr
α
Lùc ph¸t ®éng: P BLùc c¶n P 1+f ms
Lùc tæng hîp:P B- P 1-f ms msf
r
r
1Tr
2Tr
1Pr
Nr
msf r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 123/633
BPr
AP
r 2Prα
)cosk (singmgma)mm( ABBA α+α−=+
)mm(
)cosk (singmgma
BA
AB
+α+α−
=
a>0 ®ónga<0 gi¶ thiÕt chiÒu chuyÓn ®éng l¹i vμ tÝnh l¹i tõ
®Çu
ms
BPr
2Tr
α
2BB TPa.m −=
amPTTT BB21 −===
)cosk(singmgm α+α−
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 124/633
)mm(
)cosk (singmgmmgmT
BA
ABBB
+
α+α−−=
ms11A f PTam −−=
ms1A12 f PamTTT ++===
α+α++
α+α−
= cosgk msin.gm)mm(
)cosk (singmgm
mT AABA
ABA
)mm(
)cosk (sin1
.gmmT BABA +
α+α+
=
1Tr
1P
r
αmsf r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 125/633
HÖ qu¶: §Þnh luËt b¶o toμn m«men ®éng l− îngcña chÊt ®iÓm
0dt
Ld
0)F(o/ =⇒=μ
r
r
r
ChÊt ®iÓm chuyÓn ®éng trªn mÆt ph¼ng cè ®ÞnhconstL =⇒
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 126/633
ChÊt ®iÓm chuyÓn ®éng trªn mÆt ph¼ng cè ®Þnh
Tr− êng hîp chuyÓn ®éng trßn L
r
ω=×= 2mR mvR |L|r
ImR 2 = m«men qu¸n tÝnh cña chÊt ®iÓm
®èi víi O
R r
vr
mO
ω= IL
ω= r
r
IL
nt FFF
rrr
+=
0)F( no/ =μ r
r
)F(dt
)I(d
dt
Ld tO/
r
r
r
r
μ=ω
=
ωr
Ch− ¬ng III
®éng lùc häc hÖ chÊt ®iÓm,®éng lùc häc vËt r¾n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 127/633
®éng lùc häc vËt r¾n
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
1. Khèi t©m: G M2M1
m g
G
GMgmGMgm 2211 −=
1.1. §Þnh nghÜa
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 128/633
m1g
m2g(m1+m2)g
0GMmGMm 2211 =+
Khèi t©m cña hÖ chÊt ®iÓm M1, M2,...,M
nlÇn l− ît cã khèi l− îng m
1, m
2,
..., mn lμ ®iÓm G x¸c ®Þnh bëi ®¼ngthøc:
0GMm...GMmGMm nn2211 =+++
0GMm
n
1iii =∑=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 129/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 130/633
1.4.Ph− ¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña khèi t©mHÖ chÊt ®iÓm M1, M2, ...,Mn
cã khèi l−
îng m1, m2, ..., mnn21 F,...,F,F
rrr
ChÞu t¸c dông l− c
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 131/633
n21
a,...,a,a rrr
Cã gia tèc
iii Famr
r
=
∑
∑
=
==n
1ii
n
1iii
G
m
vmV
r
r
∑
∑
=
==n
1ii
n
1i
ii
G
m
dt
vd
m
dt
Vd
r
r
FFam
n
1ii
n
1iii
rr
r
== ∑∑ ==
§èi víi chÊt ®iÓm thø i: LÊy tæng cho c¶ hÖ:
∑∑
∑= ==
n
1i
in
1i
i
n
1i
ii
G
m
F
m
am
A
r
r
r
FA).m(G
n
1i i
rr
=
∑=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 132/633
Khèi t©m cña hÖ chuyÓn ®éng nh− chÊt ®iÓm cãkhèi l− îng b»ng khèi l− îng cña hÖ vμ chÞu t¸c
dông cña mét lùc b»ng tæng hîp ngo¹i lùc t¸cdông lªn hÖ.
== 1i1i
2. ChuyÓn ®éng cña vËt r¾nVËt r¾n lμ hÖ chÊt ®iÓm mμ vÞ trÝ t− ¬ng ®èi gi÷a
c¸c chÊt ®iÓm ®ã kh«ng thay ®æi2.1. ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn: T¹i mçi thêi ®iÓm tÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 133/633
c¶ c¸c chÊt ®iÓm cña vËt r¾n cã cïng vÐc t¬ vËntèc vμ vÐc t¬ gia tèc.HÖ chÊt ®iÓm M1, M2, ...,Mn
cã khèi l− îng m1, m2, ..., mn
aa...aa n21
rrrr
====Cã gia tèc
n21 F,...,F,Frrr
ChÞu t¸c dông lùc
1Far
r
=1m
2Far
r
=2m
nFar
r
=n
m................
Fa).m(n
1i
i
r
r
=∑=
ChØ cÇn kh¶o s¸t chuyÓn ®éng
cña khèi t©m cña vËt r¾n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 134/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 135/633
M«men cña lùc tFr
r
r
×= rM tt F.r sin.F =α= r.M
tiMr
Δ
M«men cña lùc ®èi víi trôc quay
chÝnh lμ m«men cña lùc ®èi víi O -giao ®iÓm cña trôc víi mÆt ph¼ng cña® ®iÓ ® l
tF
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 136/633
β
r
ti
ir r
tia
r
tiF
r
mi
O3.2. Ph− ¬ng tr×nh c¬ b¶n cñachuyÓn ®éng quay
ChÊt ®iÓm thø i titi Far
r
=m i
tiiti Fr ar
rrr
×=×ii rm
).r (r )r .r .()r (r a iiiiiiti β−β=×β×=× r
rrrr
r
r
r
rrr
ir 0).r (r ii =βr
rr
titii MFr .
rr
r
r
=×=β2ii rm ∑∑ =β tiM.)(
rr
2
ii rm
Mrr
=βI
quü ®¹o ®iÓm ®Æt lùc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 137/633
MR 2I
R
20 MR =I
22
) ba(12M 220 +=I
ab
0Δ 0Δ
0Δ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 138/633
20 =I 0
2
0 MR 5
2
=I0ΔΔ 2
0 Md II +=
2Md 12
2MLdx.
Mdx
M.
2
L
2L
2
L
2L
+=
−
+=
−
+=Δ ∫∫ 2x)(dLL
2x)(dI
dM«men QT cña vËt r¾n®èi víi trôc bÊt kú =...
§Þnh lý Stene-Huyghen:
4. M«men ®éng l− îng cña hÖ chÊt ®iÓm4.1. M«men ®éng l− îng cña hÖ chÊt
®iÓm ®èi víi gèc OHÖ chÊt ®iÓm M1, M2, ...,Mn
ã khèi l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 139/633
cã khèi l− îng m1, m2, ..., mn
n21 v,...,v,v rrr
Cã vËn tècn21 r ,...,r ,r
rrr
VÞ trÝ ®èi víi gèc O
M«men ®éng l− îng cña hÖ ®èi víi O
iiii vmr LL
rr
rr
∑ ∑ ×==M«men ®éng l− îng cña hÖ
chÊt ®iÓm quay quanh trôc Δ ∑∑ ω==
i
iii ILL r
rr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 140/633
Tr− êng hîp hÖ lμ vËtr¾n quay quanh trôc Δ ω=ω= ∑
rr
r
I).I(Li
i
⇒=ω= Mdt
)I(d dtLd
r
r
r
∫=−=Δ2
1
t
t
12 dtMLLLrrrr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 141/633
1t
tMLconstM Δ=Δ⇒=
rrr
Mdt
)I(d r
r
=ω
I=const
MIrr
=β⇒
§é biÕn thiªn cña m«men ®éng l− îng trong
kho¶ng thêi gian Δt b»ng xung l− îng cñam«men lùc trong kho¶ng thêi gian ®ã
5. §Þnh luËt b¶o toμn m«men ®éng l− îng5.1. ThiÕt lËp: HÖ chÊt ®iÓm chÞu t¸c dông
ngo¹i lùc víi m«men ®èi víi gèc O b»ng 00M
Ld ==
r
r
constL =⇒ r
HÖ c« lËp, M /O=0> L t
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 142/633
0M
dt
constL ⇒ -> L=const
5.2. HÖ quay quanh mét trôc cè ®Þnh
0M)I....II(dt
d
nn2211 ==ω++ω+ω
r
rrr
constI....II nn2211 =ω++ω+ω rrr
5.3. ø ng dông: HÖ quay quanhmét trôc cè ®Þnh víi vËn tèc
gãc kh«ng ®æi
const.I =ω
GhÕ Giukèpxki quay quanh mét trôc cè ®Þnh0constII 2211 ==ω+ω
rr
11I ωr
cña b¸nh xeI ω
r
cña ng−êi & ghÕ
1'ω
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 143/633
2
112
I
'I'
ω−=ωr
r
22I ω cña ng− êi & ghÕ
2'ω
r
6. Con quay trôc quay tù do A
B B’
C
C’
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 144/633
A’
C
Con quay C¸c ®¨ng
Lr
Con quay ®ang quay
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 145/633
Lr
Lr
Δ'Lr
Mr
quay ngang
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 146/633
7.2. §éng n¨ng trong tr− êng hîp vËt r¾n quayΔω= r
r
.MPdα
tFr
Mr
ωrdtMdt.PdA ω==
r
r
ωω=βω= d IdtIdAII
A21
22 ωω I 2ω
W =
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 147/633
ds22A 12
2,1
−=2
W®=
§éng n¨ng vËt r¾n l¨n kh«ng tr− ît = §éng
n¨ng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn + §éng n¨ngchuyÓn ®éng quay:
2
I
2
mv 22 ω+=W®
Ch− ¬ng 17
KhÝ thùc vμ chuyÓn pha
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 148/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊnViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 149/633
RT)bV)(a
p( =+
i p bV
RT p −−=
2
2i
V
a)
V
N(~ p ⇒
II Ipi~n0 mËt ®é h¹t líp I vμ pi~n0 líp II->pi~n02 =>
a-N.m4
/mol2
(phô thuécb¶n chÊt chÊt khÝ) Mét mol khÝ thùc:
pi lμm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 150/633
a, b lμ c¸c h»ng sè phô thuéc vμo chÊt khÝ (trab¶ng Trang 192 s¸ch bμi tËp)¸p suÊt cμng cao th× ¶nh h− ëng cña néi ¸p vμ
céng tÝch cμng râ.
RT) bV)(V
p(2
=−+
RTm) bmv)(vam p(
22
2
μ=
μ−
μ+
Vm
vμ
=
μm
vm
V μ=
Mét mol khÝ thùc: m kg khÝ thùc:
lμ sè mol vμp gi¶m
§2.§−
êng ®¼ng nhiÖt lý thuyÕt Van-der-Waals vμ
®− êng ®¼ng nhiÖt thùc nghiÖm Andrews
1. ®−
êng ®¼ng nhiÖt lýthuyÕt• Khi T=TK ®−êng cã ®iÓm uèn
pT>TKKpK
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 151/633
Khi T T K ®− êng cã ®iÓm uèn
K (tíi h¹n) t¹i pK,VK- tiÕp tuyÕnsong song víi trôc hoμnh.
•Khi T >T K ®− êng ®¼ng nhiÖt gièng cña khÝ lýt− ëng (hypecbol).
V
T<TK
VK
TK
• Khi T <T K ®− êng ®¼ng nhiÖt cã ®o¹n låilâm kh¸c víi cña khÝ lý t− ëng
2V
a
bV
RT p −−
=
0dV
pd 2
2
= 0V
a6
) bV(
RT24
K
3
K
=−− 3
K
3
K
K
V
a
) bV(3
RTV=
−
TÝnh c¸c gi¸ trÞ tíi h¹n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 152/633
0
dV
dp=
bR 27
a8;
b27
a p; b3V
2K K 0 === KT
0
V
a2
) bV(
RT3
K
2
K
=+
−
−
V)bV( K K K K )(
K
K
K
2
K
2
P8
RT;
P64
TR 27a == b
2.§−
êng ®¼ng nhiÖt thùc nghiÖm Andrewsp
T >T KT K
K
C 3
4 12
NÐn ®¼ng nhiÖt khÝ CO2 t¹i T
kh¸c nhau• T >T K kh«ng thÓ ho¸ láng->gièng hypecbol nh− khÝ LT
D
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 153/633
A
T <T K:AB-KhÝ ; BC-KhÝ &H¬i (h¹t láng)=tr¹ngth¸i b·o hoμ; B¾t ®Çu tõ C-ho¸ láng hoμn toμn.
láng khÝ•T->T K th× BC->K. T K= 304K,pK= 73at VK=9,6.10-5m3 /mol
Chu«ng BKC & T K t¹o thμnh 4 vïng: 1- T>T Kkh«ng thÓ ho¸ láng; 2- T<T K khÝ cã thÓ ho¸
láng; 3- H¬i b·o hoμ; 4- KhÝ ho¸ láng;
KhÝ+h¬i
VC VK VB VT <T KB
C 3 2gièng hypecbol nh− khÝ LT
3. So s¸nh ®−
êng ®¼ng nhiÖt lý thuyÕtVan-der-Waals vμ ®− êng ®¼ng nhiÖt thùc nghiÖm Andrews:
Ph− ¬ng tr×nh Van-der-Waals cho ® − êng ®¼ngnhiÖt cña khÝ thùc trõ tr¹ng th¸i h¬i b·o hoμ:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 154/633
• T >T K gièng nhau;• T K gièng nhau: Cïng cã ®iÓm tíi h¹n K víitiÕp tuyÕn song song víi OV• T <T K Kh¸c nhau chç låi lâm vμ vïng h¬i b·ohoμ, nh− ng nÕu khÝ s¹ch trªn ®− êng thùc nghiÖmcã ®o¹n chËm ho¸ láng vμ chËm bay h¬i gièngmét ®o¹n cña lý thuyÕt
• øng dông: Ho¸ láng khÝ ë T<TK vμ p cao
§3.Néi n¨ng cña khÝ thùc, hiÖu øngJoule-Thompson
∑∑ +=+= j
tnj
j
dnjtndn WWWWU
im
1. Néi n¨ng cñakhÝ thùc:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 155/633
δAi- c«ng do néi ¸p pi
cña ph©n tö g©y ra dV:
RT2W jdnj
∑ μ=
dVV
a
dV pA 2ii ==δ
∫∫
∞∞
∞ −==δ=−V
2
V
i)(tn)V(tn
V
adV
V
aAWW
V
amRT
2
imU
2
2
μ
−
μ
=
§éng n¨ng:
VËy néi n¨ng khÝ
thùc: U=U(T,V)
2. HiÖu øng Joule-ThompsonLμ hiÖn t − îng nhiÖt ®é cña khÝ thùc thay ®æi khi
gi·n në ®o¹n nhiÖt vμ
kh«ng trao ®æi c«ng víibªn ngoμi(ΔT <0 hiÖu øng d− ¬ng -> lμm l¹nh,
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 156/633
( Ö g g ¹ ,
ΔT > 0 hiÖu øng ©m)H¦ ©m, d− ¬ng phô thuéc vμo nhiÖt ®é x¶y ra
®èi víi khÝ cô thÓ:H¦ d− ¬ng ®èi víi H2 ë T<200K, He2 ë T<40K
P 1V1 P 2P 1
P 2P 1P 2V2 P 2P 1
Tr¹ng th¸i1(p1,V1,T 1)
Tr¹ng th¸i2(p2,V2,T 2)
•KhÝ ë bªn tr¸i M, 1 nÐn, 2 gi·n. p1, p2 kh«ng ®æiμ
p1 V1 p2
T1
M1
2
M 2
1p1 V2 p2
T2
1, 2 -pit t ng
M-v¸ch xèp
p1 > p2 ,V2>V1
Tr¹ng th¸i ®Çu (p1,V1,T 1) Tr¹ng th¸i cuèi (p2,V2,T 2)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 157/633
vμ
p1> p2. Pit t«ng 1 Ðp s¸t M-> V’1=0Bªn tr¸i khèi khÝ nhËn c«ng: A1=-p1(0-V1)=p1V1
Bªn ph¶i nhËn c«ng:A2=-p2(V2-0)=-p2V2• Tæng c«ng c¶ hÖ nhËn: A=A1+A2=0• Néi n¨ng: ΔU= Q+A=0 mμ U=U(T,V)
0dVT)V
U(dTV)
T
U(dU =
∂∂+
∂∂= dV>0 -> dT<0
ΔV ≠ 0->ΔT ≠ 0 .
Gi·n: V2>V1-> T1 ≠ T2-> ΔT = T2 - T1
• Kh«ng x¶y ra ®èi víi khÝ lý t− ëng• ø ng dông:
Lμ
m l¹nh: nÐn khÝ ë nhiÖt ®é phï hîp víi hiÖuøng d− ¬ng vμ cho gi·n në trong c¸c èng kÝn. Ho¸ láng khÝ ë T&p phï hîp.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 158/633
g p p îp Tù ®äc: §4. Sù chuyÓn pha: §Þnh nghÜa pha, chuyÓn pha
ChuyÓn pha lo¹i I: Èn nhiÖt chuyÓn pha §iÒu kiÖn c©n b»ng 2 pha, 3 pha
Sè pha trong hÖ nhiÒu cÊu tö:Qui t¾c pha cña Gibbs: r ≤ n+2
Ph− ¬ng tr×nh Clapayron-Clausius:
§4. Sù chuyÓn pha
X¸c ®Þnh sù phô thuéc cña nhiÖt®é chuyÓn pha vμo ¸p suÊt: V
QT
dPdT Δ=⇒
ý nghÜa, øng dông cña ph− ¬ng tr×nh Clapayron-Clausius.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 159/633
§ ù y p
1. Kh¸i niÖm vÒ chuyÓn pha:
ChuyÓn pha: Qu¸ tr×nh biÕn ®æihÖ tõ pha nμy sang pha kh¸c. H¬i -
> Láng ->R¾n
H2O
H2O h¬i
2 pha
§N: Pha lμ tËp hîp c¸c phÇn vÜ m«
®ång tÝnh (cïng tÝnh chÊt) cïng tån t¹itrong mét hÖ nhiÖt ®éng .
3 pha
•ChuyÓn pha lo¹i I: ThuËn nghÞch, cã hÊp thôhoÆc to¶ nhiÖt, V vμ S thay ®æi ®ét ngét: §¹o
hμm bËc nhÊt cña c¸c hμm nhiÖt ®éng thay ®æi®ét ngét.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 160/633
• ChuyÓn pha lo¹i II: V,U,S BiÕn ®æi liªn tôckh«ng cã néi ma s¸t: Kim lo¹i ↔Siªu dÉn:§¹o hμm bËc hai cña c¸c hμm nhiÖt ®éng thay®æi ®ét ngét:
p
2
p
)TC2T
G(∂
∂−=
T p ) p
G
()S ∂
∂
=∂
∂
= VvμT
G
(T
T nc
t(s)
lo¹i IψN
ψ S
Bac Ba
lo¹i II
T
G
( p)S ∂
∂
=
ChuyÓn phalo¹i II
T T 1
S
T T 1
S
ChuyÓn pha lo¹i I
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 161/633
p
2
p )TC2T G(
∂∂−=
T)
p
G(
∂
∂=V
T T 1
Cp
T T 1
Cp
T T 1
V
T T 1
V
2. ®iÒu kiÖn c©n b»ng pha. Ph− ¬ng tr×nhClapeyron-Clausiuspa. §iÒu kiÖn c©n b»ng 2 pha: ChuyÓn
pha x¶y ra ë nhiÖt ®é vμ ¸p suÊt x¸c®Þnh -> ®− êng c©n b»ng gi÷a 2 pha: *
phaI
phaII
T
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 162/633
T 1=T 2; p1=p2. * dG=0
0dndndG
0dnSdTVdpdG
2211
2
1iii
=μ+μ=
=μ+−= ∑=
=>Sè h¹t hai pha n1
+n2
=n=const=>dn= dn1+dn2=0
)T, p()T, p( 21 μ=μ
b. §iÒu kiÖn c©n b»ng 3 pha:T 1=T 2= T 3; p1=p2=p3; μ1=μ2= μ3
);T, p()T, p();T, p()T, p(
31
21
μ=μ μ=μ
p
T
R
M §iÓmchËp 3
Tr¹ng th¸i Tíi h¹nK
L
M
T c
p2
p1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 163/633
T =T c: LK,RK vμ RL lo¹i I kh«ng liªn tôc.T>T c: chuyÓn pha LK liªn tôc,
T<T c: chuyÓn pha RK liªn tôc.c. Sè pha trong hÖ nhiÒu cÊu tö:Gäi N lμ sè nguyªn/ph©n tö cña cÊu tö k trongpha i. Nång ®é cña pha thø i lμ:
∑
=
k
)k (
i
)k (
i)k (
i N
NCk=1,2,3...n cÊu tö
i=1, 2,3,...r pha
1Ck
)k (
i =∑ Suy ra cã (n-1)r nång ®é ®éc lËp.Sè th«ng sè ®éc lËp (biÕn) cña hÖ lμ(n-1)r+2 (sè 2 lμ cña p,T)Sè ph− ¬ng tr×nh c©n b»ng lμ (r-1)n:
)T, p(...)T, p()T, p( )k (
n
)k (
2
)k (
1 μ==μ=μ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 164/633
2. ph− ¬ng tr×nh Clapeyron-Clausius:X¸c ®Þnh sù phô thuéc cña nhiÖt ®é
chuyÓn pha vμo ¸p suÊtXÐt chu tr×nh Carnot víi chÊt láng vμ h¬i b·ohoμ cña nã: p=const -> T= const
Qui t¾c pha cña Gibbs (n-1)r+2 ≥ (r-1)n (sè biÕn≥ sè ph− ¬ng tr×nh), hay: r ≤ n+2
p Q1
p1 1 T1 2
p2 4 T2 3
)2 p1 p(dp
dT2T1T −=−
dV
VΔ
Vïng b·o hoμ khÝ thùc
T 1=T 2+dT
p1=p2+dpC«ng gi·n ®¼ng nhiÖt 12:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 165/633
V1V4 V2V3 VC«ng nÐn 34: A2=-p2(V4-V3)=-p2 (V1-V2)
C«ng c¶ chu tr×nh: A’=A1+A2=(p1-p2)(V1-V2)(C«ng gi·n, nÐn ®o¹n nhiÖt 23,41:
δA23≈δA41≈0; δU≈0)
1
2121
1
21
1
21
1 Q
)VV)( p p(
T
) p p(
dP
dT
T
TT
Q
'A −−=
−=
−==η
A1=p1(V1-V2)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 166/633
Ch− ¬ng 9
Nguyªn lý thø hai nhiÖt ®énglùc häc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 167/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊnViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
§1.Nh÷ng h¹n chÕ cña nguyªn lý thø I N§LH•Kh«ng x¸c ®Þnh chiÒu truyÒn tù nhiªn cñanhiÖt:NhiÖt truyÒn tù nhiªn tõ vËt nãng h¬n sang vËt
l¹nh h¬n. Kh«ng cã qu¸ tr×nh tù nhiªn ng− îc l¹i.•Kh«ng x¸c ®Þnh chiÒu chuyÓn ho¸ tù nhiªn cña
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 168/633
n¨ng l− îng: ThÕ n¨ng tù nhiªn biÕn thμnh ®éngn¨ng råi thμnh nhiÖt to¶ ra,
Kh«ng cã qu¸ tr×nh tù nhiªn ng−
îc l¹i:NhiÖt → §éng n¨ng →ThÕ n¨ng. Tuy nhiªn c¸c qu¸ tr×nh ng − îc l¹i trªn ®Òutho¶ m·n nguyªn lý thø nhÊt nhiÖt ®éng lùc häc• Kh«ng ®¸nh gi¸ ®− îc chÊt l− îng nhiÖt
• Kh«ng ph©n biÖt kh¸c nhau gi÷a c«ng vμ nhiÖt.
§2. Qu¸ tr×nh thuËn nghÞch vμ
qu¸ tr×nhkh«ng thuËn nghÞch1. §Þnh nghÜa
a. Qu¸ tr×nh A->B ->A lμ thuËnnghÞch nÕu qu¸ tr×nh ng− îc B ->A
p A
B
V
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 169/633
hÖ còng ®iqua c¸c tr¹ng th¸i trung gian nh− trong qu¸ tr×nhthuËn A ->B; Suy ra: HÖ chØ cã thÓ trë vÒ tr¹ng th¸i c©n b»ng ->QTthuËn nghÞch lμ QT c©n b»ng ->A’thuËn= AnghÞch,
QthuËn= Q’nghÞch. HÖ trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu, m«i tr− êng xung
quanh kh«ng biÕn ®æi
b. QT kh«ng thuËn nghÞch: Sau khi thùc hiÖnQT thuËn vμ QT nghÞch ®− a hÖ vÒ tr¹ng th¸iban ®Çu th× m«i tr− êng xung quanh bÞ biÕn ®æi.2. ThÝ dô:Qu¸ tr×nh gi·n ®o¹n nhiÖt v« cïng chËm: QTTN
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 170/633
•Dao ®éng cña con l¾c kh«ng ma s¸t cã nhiÖt®é b»ng nhiÖt ®é bªn ngoμi: QTTN
AB
C¸c qu¸ tr×nh kh«ng thuËn nghÞch•C¸c qu¸ tr×nh cã ma s¸t: Kh«ng TN• TruyÒn nhiÖt tõ vËt nãng-> vËt l¹nh: Kh«ngTN•QT gi·n khÝ trong ch©n kh«ng: Kh«ng TN
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 171/633
AB
nguån
nãng
nguån l¹nh§3.Nguyªn lý thø hai nhiÖt ®éng lùc häc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 172/633
• M« t¶ hiÖn t− îng !• Cã mÊy nguån nhiÖt ?
• Cã ph¶i lμ mét ®éng c¬ ?•Kh inμo nã chÊm døt ho¹t ®éng ?
1. §éng c¬ nhiÖt: M¸ybiÕn nhiÖt thμnh c«ng: §C h¬i
n− íc, §C ®èt trong.
Nguån l¹nhT 2
Xilanh Pit«ng
V1V
2
Nguån nãngT 1
Q1Q’2
Ó
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 173/633
HiÖu suÊt cña ®éng c¬ nhiÖt:
Sau mét chu tr×nh: ΔU=-A’+Q1-Q’2=0-> A’= Q1-Q’2
1Q
'A
=η
1
,2
1
,21
1 Q
Q1
Q
Q
'A−=
−==η
B¬mT¸c nh©n: chÊt vËn chuyÓn (h¬in− íc, khÝ...) biÕn nhiÖt thμnh
c«ng: TuÇn hoμn
2. Ph¸t biÓu nguyªn lý thø hai nhiÖt ®énglùc häca. Ph¸t biÓu cña Clausius: NhiÖt kh«ng thÓ tù ®éng truyÒn tõ vËt l¹nh h¬n sang vËt nãng h¬n.b. Ph¸t biÓu cña Thompson: Mét ®éng c¬ kh«ng
Ó Õ Ø æ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 174/633
thÓ sinh c«ng, nÕu nã chØ trao ®æi nhiÖt víi mét nguån nhiÖt duy nhÊt .
c. ý nghÜa: Kh«ng thÓ chÕ t¹o ®− îc ®éng c¬ vÜnh cöu lo¹i hai: lÊy nhiÖt chØ tõ 1 nguån (T
thÊp nh− n− íc biÓn) ®Ó sinh c«ng.ChÊt l− îng nhiÖt: T cμng cao, chÊt l− îng cμng
cao
§4. Chu tr×nh Carnotp1. Chu Tr×nh Carnot thuËn
nghÞch gåm 4 qu¸ tr×nh TN: Gi·n ®¼ng nhiÖt: T 1 =const,
1 2 h Q1 õ å ã Q2
Q1
p1
1
3p3
p2 2p4 4
T 1
T 2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 175/633
Gi·n ®o¹n nhiÖt:2→3, NhiÖt ®é gi¶m T 1→T 2NÐn ®¼ng nhiÖt: T 2 = const, 3 → 4, th¶i
Q2 (lμm nguéi)
1→2, nhËn Q1 tõ nguån nãng.
NÐn ®o¹n nhiÖt: 4→1, nhiÖt ®é t¨ng: T 2
→T 1
Q2
V1vV3V2
V4
2
2
3
4
2
3
4
Chu Tr×nh CarnotthuËn nghÞch
Chu Tr×nh trong®éng c¬ h¬i n− íc
T 1→T 2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 176/633
1341
1
24 Q1,T 1
Q’2,T 2T 2→T 1
Trong chu tr×nh thuËn 12341 hÖ nhËn nhiÖtQ1 tõ nguån nãng, sinh c«ng A’ vμ th¶i nhiÖtQ
2’vμo nguån l¹nh. → §éng c¬ nhiÖt.
Trong chu tr×nh nghÞch 14321 hÖ nhËn c«nglÊy nhiÖt (lμm l¹nh) tõ nguån l¹nh vμ th¶i nhiÖtμ å ã M¸ lμ l h
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 177/633
vμo nguån nãng. → M¸y lμm l¹nh.b. HiÖu suÊt ηc trong chu tr×nh Carnot thuËn
nghÞch
1
,2
c Q
Q1−=η CÇn tÝnh Q
1vμ Q
2’
Gi·n ®¨ng nhiÖt 1 → 2 cã:1
211
V
VlnRT
mQ
μ
=
4
322
3
4222
V
VlnRT
m'Q
V
VlnRT
mQ'Q
μ=⇒
μ−=−=
2
1
4
32
c
V
V
lnT
V
V
lnT1−=η
Trong QT ®o¹n nhiÖt 2 →3cã: T 1V2
γ-1= T 2V3γ-1
μ 4 1 ã T1V1γ-1
T2V4γ-1
NÐn ®¼ng nhiÖt 3 → 4 cã:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 178/633
11 VlnT vμ 4 →1 cã T 1V1 =T 2V4
1
2
4
3
V
V
V
V=
HiÖu suÊt chu tr×nh Carnot TN víi t¸c nh©n lμkhÝ lý t− ëng chØ phô thuéc vμo nhiÖt ®é nguån
nãng vμ nguån l¹nh.
1
2c
T
T1−=η⇒
2
'
1
22
Q
A
Q
−
==ε HÖ sè
lμm l¹nh: 21
2cN
TT
T
−
=ε
§5. §Þnh lý Carnot, hiÖu suÊt cùc ®¹i cña ®éngc¬ nhiÖt
1. §Þnh lý Carnota. Ph¸t biÓu: HiÖu suÊt ®éng c¬ nhiÖt thuËn
hÞ h h h h × h C íi ï
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 179/633
nghÞch ch¹y theo chu tr×nh Carnot víi cïng nguån nãng vμ nguån l¹nh, ®Òu b»ng nhau vμ
kh«ng phô thuéc vμ
o t¸c nh©n còng nh−
c¸chchÕ t¹o m¸y: ηI = ηII
HiÖu suÊt cña ®éng c¬ kh«ng thuËn nghÞch nháh¬n hiÖu suÊt cña ®éng c¬ thuËn nghÞch.
ηKTN < ηTN
T 1nãng
L¹nh T 2
I IIb. Chøng minh ηI = ηII:
II
II
II1
,II2
II
I
I
I1
,I2
IQ
'A
Q
Q1
Q
'A
Q
Q1 =−=η=−=η vμ
GhÐp hai ®éng c¬ víi nhau, ®éng c¬ II ch¹y theo chiÒung− îc: nhËn c«ng A’II tõ ®éng c¬ I, nhËn nhiÖt tõ
å l h T2 th¶i hiÖt μ å ã T1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 180/633
Ta cã:A’I-A’II=A’>0 => I+II = ®éng c¬ vÜnh cöu.Còng t− ¬ng tù khi ηI < ηII . V« lý. VËy: ηI = ηII
c. Chøng minh ηKTN < ηTN :Gi¶ sö II lμ KTN ngoμi nhiÖt nh¶ cho nguån l¹nh cßn
nhiÖt v« Ých →
III,
II2,
I2III 'A'AQQ >⇒<⇒η>ηnguån l¹nh T 2 , th¶i nhiÖt vμo nguån nãng T 1.
III,
I2,
II2 QQ η<η⇒>
HiÖu suÊt cña ®éng c¬ thuËn nghÞch bÊt k× lu«nnhá h¬n hiÖu suÊt cña ®éng c¬ ®ã ch¹y theo chutr×nh carnot thuËn nghÞch víi cïng 2 nguån nhiÖtvμ t¸c nh©n: ηKTN < ηTN < ηTNCarnot
T'Q
2. HiÖu suÊt cùc ®¹i cña ®éng c¬ nhiÖt:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 181/633
1
2
1
2
T
T1
Q
'Q1 −≤− DÊu = øng víi chu tr×nh
Carnot thuËn nghÞch.
HiÖu suÊt cña ®éng c¬ ch¹y theo chu tr×nhCarnot thuËn nghÞch lμ hiÖu suÊt cùc ®¹i.
DÊu < øng víi chu tr×nh Carnot KTN
3. KÕt luËn:a. HiÖu suÊt cùc ®¹i lu«n nhá
h¬n 1, v× T 2≠0K & T 1<<∞.
1T
T1
1
2max <−=η
T1K 373 673 1073 1273 2273
η 0 21 0 56 0 73 0 77 0 81
Víi T 2=293K
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 182/633
ηmax 0,21 0,56 0,73 0,77 0,81
b. NhiÖt kh«ng thÓ biÕn hoμn toμn thμnh c«ng:A’max=ηmax.Q1 => A’max<Q1.
c. Ph− ¬ng h− íng n©ng cao HS ®éng c¬ nhiÖt:
T¨ng ΔT →(T 1↑&T 2↓); Gi¶m ma s¸td. ChÊt l− îng nguån nhiÖt: Nguån nhiÖt cã nhiÖt
®é cao h¬n th× chÊt l−îng tèt h¬n
§6. BiÓu thøc ®Þnh l−
îng (To¸n häc) cñanguyªn lý thø hai nhiÖt ®éng lùc häc1. §èi víi chu tr×nh Carnot:
1
2
1
2
T
T1
Q
'Q1 −≤−
22 TQ
T 1,Q1
1
2
1
2
T
T
Q
'Q ≥⇒
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 183/633
DÊu = øng víi CT Carnot thuËn nghÞchDÊu < øng víi CT Carnot Kh«ng TN
1
2
1
2
T
T
Q
Q ≥−⇒
0T
Q
T
Q
2
2
1
1 ≤+⇒
T 2,Q2
2. §èi víi chu tr×nh nhiÒu nguån nhiÖt Q1,Q2,....Qn nhiÖt ®é T 1, T 2,...T n (gåm c¸c qu¸ tr×nh®¼ng nhiÖt vμ ®o¹n nhiÖt liªn tiÕp nhau)
0T
Qn
1i i
i ≤∑=
0Q ≤δ∫
C¸c qu¸ tr×nhrÊt ng¾n th×:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 184/633
TÝch ph©n Clausius ®èi víi mét chu tr×nhkh«ng thÓ lín h¬n kh«ng.
∫ δTQ
§©y lμ biÓu thøc ®Þnh l− îng cña nguyªn lý haiN§LH ® − îc gäi lμ BÊt ®¼ng thøc Clausius:
0TQ ≤δ∫
§7. Hμ
m entr«pi vμ
nguyªn lý t¨ng entr«pi1. TÝch ph©n Clausius theo qu¸ tr×nhthuËn nghÞch:
Chu tr×nh0T
Q
T
Qhay0
T
Q
T
Q
1 b22a11 b2a1
∫∫∫∫ =δ+δ=δ=δ
QT thuËn ∫∫ δδ QQ0QQ ∫∫ δδ
a
b
12
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 185/633
QT thuËnnghÞch: ∫∫ δ=δ
2 b12a1 T
Q
T
Q
TÝch ph©n Clausius theo c¸c qu¸ tr×nh thuËn
nghÞch tõ tr¹ng th¸i 1 →2 kh«ng phô thuécvμo qu¸ tr×nh biÕn ®æi mμ chØ phô thuéc vμotr¹ng th¸i ®Çu vμ tr¹ng th¸i cuèi cña qu¸ tr×nh.
∫ δ2x1 T
Q
0T
Q
T
Q
2 b12a1
∫∫ =δ−+δ
S1, S2 - gi¸ trÞ tÝch ph©n Clausius t¹i c¸c tr¹ngth¸i 1, 2.
→ S Hμm entr«pi cña hÖ
SSSTQ 12
2x1
Δ=−=δ∫2. Hμm entr«pi:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 186/633
→ S -Hμm entr«pi cña hÖ.S lμ hμm tr¹ng th¸i
→ vi ph©n toμn phÇn:∫δ
+=→δ
=S
S
0
0
T
QSS
T
QdS
S0=0 t¹i 0K.• T/c céng cña entr«pi ShÖ=Tæng Sc¸cphÇnhÖ
ST
Q
T
Q
2 b12a1Δ=
δ<
δ
∫∫ TÝch ph©n Clausius theo mét qu¸ tr×nh kh«ngthuËn nghÞch tõ tr¹ng th¸i 1→2 nhá h¬n ®é biÕnthiªn entr«pi cña hÖ trong qu¸ tr×nh ®ã.
3 Nguyªn lý t¨ng entr«pi:
§èi víi qu¸ tr×nhkh«ng thuËn nghÞch:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 187/633
0T
Q
T
Q0
T
Q
1 b22a11 b2a1
<δ+δ⇒<δ ∫∫∫
3. Nguyªn lý t¨ng entr«pi:Qu¸ tr×nh kh«ng thuËn nghÞch
0
2 b1
T
Q
2a1
T
Q <δ−+δ⇒ ∫∫0Q =δ
Nguyªn lý t¨ng entr«pi:Trong hÖ c« lËp
• Qu¸ tr×nh Th nghÞch: ΔS=0 (entr«pi kh«ng ®æi)• Qu¸ tr×nh kh«ng Th ngh: ΔS>0 (entr«pi t¨ng)
∫ δ≥Δ)2(
)1(
T
QS
§©y lμ
biÓu thøc ®Þnh l−
îng NL haiN§LH viÕt d− íi d¹ng hμm entropi
DÊu = øng víi QT thuËn nghÞchDÊu > øng víi QT kh«ng Th nghÞch
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 188/633
• Qu¸ tr×nh kh«ng Th ngh: ΔS>0 (entr«pi t¨ng)• Trong thùc tÕ c¸c qu¸ tr×nh lμ kh«ng thuËnnghÞch: Trong hÖ c« lËp c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng lùc lu«n x¶y ra theo chiÒu entr«pi t¨ng
HÖ c« lËp thùc kh«ng thÓ 2 lÇn qua cïng méttr¹ng th¸i. Qu¸ tr×nh chÊm døt th× S ®¹t cùc ®¹i
vμ hÖ ë tr¹ng th¸i c©n b»ng
2
2
1
121
T
Q
T
QdSdSdS δ
+δ
=+=
* HÖ gåm 2 vËt víi T 1vμ
T 2:Q2 -VËt 2 nhËnQ1=-Q2<0 vËt 1 th¶i
VÝ dô
2
2
1
2
T
Q
T
Q δ+
δ−=
1111
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 189/633
• VËt nhËn nhiÖt (2) ph¶i cã nhiÖt T 2 ®é thÊph¬n: T
1
>T 2 Nguyªn lý t¨ng entr«pi t− ¬ng ®− ¬ng víi
nguyªn lý 2 nhiÖt ®éng lùc häc
0T
1
T
1
12
>−⇒0)T
1
T
1(QdS
21
2 >+−δ=
*HiÖu suÊt cùc ®¹i: Chu tr×nh TNΔQ1 nh¶ tõ nguån nãng → S1
ΔQ2 nguån l¹nh nhËn → S2
=Δ+Δ 12 SS
221 T
T
1Q
'A
QQ'A −=Δ=η⇒Δ−Δ= max
1
1
22 Q
TTQ Δ=Δ⇒
0T
Q
T
Q
1
1
2
2 =Δ
−Δ
=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 190/633
11 T1QQQA =Δ=η⇒ΔΔ=
4. ThuyÕt chÕt nhiÖt vò trô vμ sailÇm cña nã:
* Clausius coi vò trô lμ
hÖ c« lËp vμ
¸p dôngnguyªn lý 2 cho toμn vò trô: Khi S t¨ng ®Õn cùc®¹i vò trô ë tr¹ng th¸i c©n b»ng-> chÕt
Sai lÇm cña Clausius:a. ¸p dông hÖ c« lËp trªn tr¸i ®Êt cho toμn vò trô
v« h¹nb. M©u thuÉn víi §L b¶o toμn biÕn ho¸ n¨ngl− îng
c Vò trô biÕn ®æi kh«ng ngõng: Sao chÕt sao
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 191/633
c. Vò trô biÕn ®æi kh«ng ngõng: Sao chÕt, saomíi, vïng nhiÖt ®é cao biÕn ®æi entr«pi gi¶m.
d. Nh÷ng th¨ng gi¸ng lín trong vò trô(Boltzmann)
c. Kh«ng tÝnh ®Õn tr− êng hÊp dÉn vò trô. ThuyÕtvô næ Big Bang: entr«pi t¨ng ®óng theo nguyªn
lý 2
c Qu¸ tr×nh thuËn nghÞch bÊt kú:
∫δ=Δ
2
1 T
QS
21 SS0S0Q =⇒=Δ⇒=δ
∫ =
δ=Δ⇒=
2
1 T
Q
T
QSconstT
5. §é biÕn thiªn entr«pi cña khÝ lý t− ën
1(p1V1T 1)->2(p2V2T 2)->
a. Qu¸ tr ®o¹n nhiÖt:b. Qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 192/633
c. Qu¸ tr×nh thuËn nghÞch bÊt kú: ∫1 AdUQ δ−=δNguyªn lý I:
V
dVRT pdVA
μ
−=−=δm
dTCm
dU V
μ
=
∫μ
+
μ
=Δ)2(
)1(
V )
V
dVR
m
T
dTC
m(S
VC
mR pVT
−=
μ=
P CR
vμ
1
2VP
1
2
1
2V
V
Vln)CC(
m)
V
V
p
pln(C
mS −
μ
+
μ
=Δ
1
2
1
2VV
VlnR
m
T
TlnC
mS μ+μ=Δ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 193/633
p μμ
§èi víi qu¸ tr×nh ®¼ng p:
§èi víi qu¸ tr×nh ®¼ng tÝch:
1
2P
V
VlnC
mS
μ=Δ
1
2V
p
plnC
mS
μ
=Δ
1
2P
1
2V
V
VlnC
m
p
plnC
mS
μ
+
μ
=Δ
6. §å thÞ entr«pi, tÝnh Q:
∫∫ =δ=2
1
S
S
2
1
TdSQQ
§¼ng nhiÖt
Q=T.ΔS
T
1 2
S1 S2 S
BÊt k×T
S1 dS S2 S
1
2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 194/633
7. ý nghÜa cña Nguyªn lý N§H II vμ
entr«pi:• NhiÖt kh«ng thÓ truyÒn tõ vËt l¹nh h¬n sang vËt
nãng h¬n. Khi T 1=T 2 hÖ c©n b»ng kh«ng thÓ trë vÒ tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng. HÖ kh«ng qua 1
tr¹ng th¸i 2 lÇn
S1 S2 S S S S S
• Tr¹ng th¸i vÜ m« = tæng hîp c¸c tr¹ng th¸i vim« → NhiÒu kh¶ n¨ng.w-x¸c suÊt nhiÖt ®éng cña tr¹ng th¸i vÜ m«.Theo Boltzmann S=k.lnw; k- h»ng sè Boltzmann
• entr«pi lμ mét hμm tr¹ng th¸i ®Æc tr− ng choø ® hç l ¸ h ö
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 195/633
• entr«pi l mét h m tr¹ng th¸i ®Æc tr ng chomøc ®é hçn lo¹n c¸c ph©n tö.
• kh«ng ®o trùc tiÕp ®− îc entr«pi.• T ↑ S↑ : (R¾n→láng→khÝ),
• NÕu T ↓ S↓ : (KhÝ →láng→ r¾n).•Trong hÖ c« lËp ΔS ≥ 0. Khi ΔS =0 hÖ ë tr¹ng
th¸i c©n b»ng
TÝnh S cña hÖ t¹i T: 0Slim0T =→∫ δ
=T
0
T
QS
∫=T
P
TdT)T(cS
7. §Þnh lý Nernst Khi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi tiÕn tíi 0, entr«pi cñabÊt cø vËt nμo còng tiÕn tíi 0:
Trong QT ®¼ng ¸p:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 196/633
∫= 0T
)(Trong QT ®¼ng ¸p:HÖ qu¶ cña §Þnh lý Nernst
ΔS=ΔS12 +ΔS23 +ΔS34 +ΔS41=0
ΔS34=Q/0?
1 T 1 2
34
ΔS12=Q/T 1
ΔS23 =ΔS41=0S
T
0Kh«ng thÓ cã QT 34
Kh«ng thÓ ®¹t ®− îc 0K
§8. C¸c hμm thÕ nhiÖt ®éng1. §Þnh nghÜa: H μm nhiÖt ®éng lμ hμm tr¹ng
th¸i, mμ
khi tr¹ng th¸i thay ®æi th× vi ph©n cñanã lμ vi ph©n toμn chØnh.'AQAQdU δ−δ=δ+δ=
Tõ Ng lý I:a. Hμ
m néi n¨ng U(S,V)pdVTdSdU = V)U(SU =⇒
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 197/633
LÊy vi ph©n U cã
thÓ tÝnh ra c¸c ®¹il− îng kh¸c:
dV)V
U(dS)
S
U(dU SV ∂
∂+
∂∂
=
Tõ Ng.lý I:é g ( , ) pdV-TdSdU = V)U(S,U =⇒
NÕu S=const, V=const th× U=const.
SV )V
U( p & )
S
U(T
∂∂
=∂∂
=⇒
b. Hμm n¨ng l− îng tù doψ
(T,V): T vμ V lμ biÕn ®éc lËp
SdTTdSdUd
TSU)V,T(
−−=ψ
−=ψ=ψ
NÕu T=const & V=const, th× dψ=0 -> ψ=const:Trong QT ®¼ng nhiÖt, ®¼ng tÝch thuËnnghÞch
n¨ng l− îng tù do kh«ng ®æi. Trong QT kh«ng
pdVSdTd −−=ψ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 198/633
g î g ù g g Q gthuËn nghich dψ<0
dp) pG(dT)
TG(VdpSdTdG T p ∂∂+∂∂−=+−=
c. ThÕ nhiÖt ®éng lùc Gibbs G(T,p):T vμ p lμ biÕn ®éc lËp pVTSU) p,T(GG −−==
T p )
p
G()S
∂
∂=
∂
∂=⇒ Vvμ
T
G(
NÕu T=const & p=const, th× dG=0 -> G=const:Trong QT ®¼ng nhiÖt, ®¼ng ¸p thuËn nghÞch Gkh«ng ®æi. Trong QT kh«ng TN dG<0d. Hμm Entanpi H(S,p):S vμ p lμ biÕn ®éc lËp
Vdp pdVdUdH ++= dpS)H(dSp)H(dH ∂+∂=
pVU) p,S(HH +==
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 199/633
(dH)p=(TdS)p=(δQ)p Trong QT ®¼ng ¸p nhiÖt l− îng hÖ nhËn ® − îc
b»ng ®é biÕn thiªn cña Entanpi
VdpTdSdH
pp
+=
S) pH( p)
SH(T
pS) p
( p)S
(
∂∂=
∂∂=⇒
∂∂
V vμ
e. ThÕ ho¸ μ: Trong c¸c ph¶n øng ho¸ häc, liªnkÕt thay ®æi lμm thay ®æi néi n¨ng -> Sù thay®æi sè ph©n tö còng lμm thay ®æi néi n¨ng=> Thªm phÇn thÕ ho¸ μi cña lo¹i h¹t i:
∑ μ+=
i
ii dn pdV-TdSdU
∑μ+−−=ψ iidnpdVSdTd
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 200/633
∑
∑μ++−=i
i idnVdpSdTdG
Sp
i
Tp
i
TV
i
SV
i
i )n
H()
n
G()
n()
n
U(
∂∂
=∂∂
=∂ψ∂
=∂∂
=μ
∑μ+ψi
iidn pdVSdTd
∑μ++=
i ii
dnVdpTdSdH
§9. §iÒu kiÖn c©n b»ng nhiÖt ®éng lùc
* HÖ hai pha láng-khÝ (1-2) b·o hoμ khi:C©n b»ng vÒ c¬ häc: p
1
=p2
vμ Trao ®æi n¨ngl− îng gi÷a 2 pha b»ng nhau T 1=T 2 suy ra dG=0
do ®ã Σμidni= μ1dn1 + μ2dn2=0
Khi c©n b»ng sè h¹t tõ 1->2 vμ 2->1 b»ng nhau:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 201/633
g ¹ gdn1 = -dn2= dn -> μ1 = μ2
* HÖ cã nhiÒu pha c©n b¨ng nhiÖt ®éng lùc khi:p1=p2 =...=pi
T 1=T 2 =...=T iμ1 = μ2=... = μi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 202/633
§1.Kh¸i niÖm n¨ng l− îng-c«ngvμ nhiÖt
1. N¨ng l− îng:• §Æc tr− ng cho møc ®é vËn ®éng cña vËt
chÊt trong hÖ.-> tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh, n¨ngl−îng x¸c ®Þnh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 203/633
g Ö ¹ g Þ , gl− îng x¸c ®Þnh.
=>N¨ng l− îng lμ hμm cña tr¹ng th¸i.• HÖ kh«ng chuyÓn ®éng, kh«ng ®Æt trong
tr− êng lùc -> N¨ng l− îng cña hÖ ®óngb»ng néi n¨ng cña hÖ: W = U
Khèi khÝ ®Èy pÝt t«ng -> sinh c«ng -> néi n¨nggi¶m -> trao ®æi n¨ng l− îng; NÐn: nhËn c«ng.•Nung nãng khèi khÝ, gi÷ V=const->ChuyÓn ®éng hçn lo¹n t¨ng ->T t¨ng
->trao ®æi n¨ng l− îng: nhËn nhiÖt.
2. C«ng vμ nhiÖt:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 204/633
C«ng vμ nhiÖt lμ nh÷ng ®¹i l− îng ®o møc ®é
trao ®æi n¨ng l− îng. Chóng kh«ng ph¶i lμ n¨ngl− îng. Chóng kh«ng ph¶i lμ hμm tr¹ng th¸i mμ
lμ hμm cña qu¸ tr×nh
•Sù t− ¬ng ®− ¬ng gi÷a c«ng vμ nhiÖt:
4,18j <=> 1calo
§2. Nguyªn lý thø nhÊt nhiÖt ®éng
lùc häcTrong c¬ häc: §é biÕn thiªn n¨ng l− îng cña hÖ
b»ng c«ng mμ
hÖ trao ®æi trong qu¸ tr×nh ®ã:ΔW = W2- W1= A -> NhiÖt?Ó
C«ng liªn quan ®Õn chuyÓn ®éng cã trËt tù NhiÖt liªn quan ®Õn chuyÓn ®éng hçn lo¹n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 205/633
2 1 Ö1. Ph¸t biÓu nguyªn lý thø nhÊt nhiÖt
®éng lùc häc:§é biÕn thiªn n¨ng l− îng cña hÖ trong qu¸
tr×nh biÕn ®æi b»ng tæng c«ng vμ nhiÖt hÖnhËn ®− îc trong qu¸ tr×nh ®ãΔW = W
2- W
1= A +Q
=> A’=-A, Q’=-Q C«ng vμ nhiÖt hÖ sinh & to¶ra.• HÖ ®øng yªn th× W=U (néi n¨ng)
• => Trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi, ®é biÕn thiªn néiñ h b» æ μ hi h h
A, Q -C«ng vμ nhiÖt hÖ nhËn ®− îc.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 206/633
n¨ng cña hÖ b»ng tæng c«ng vμ nhiÖt hÖ nhËn
®− îc trong qu¸ tr×nh ®ã:ΔU = U2-U1= A+Q
§èi víi qu¸ tr×nh biÕn ®æi v« cïng nhá:dU = δA + δQ
2. ý NghÜa nguyªn lý I N§LH:• NÕu A>0, Q>0 => ΔU = U2-U1>0 néi n¨ngt¨ng, HÖ nhËn c«ng vμ nhiÖt. C«ng sinh ra A’<0& nhiÖt to¶ ra Q’<0.
• NÕu A<0, Q<0 => U2<U
1=> Néi n¨ng gi¶m,
HÖ sinh c«ng A’>0 & to¶ nhiÖt Q’>0.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 207/633
• NÕu A=0 & Q=0 => U2=U
1Néi n¨ng b¶o toμn
• §Þnh luËt b¶o toμn vμ chuyÓn ho¸ n¨ng l− îng:N¨ng l− îng kh«ng tù sinh ra vμ còng kh«ng tù mÊt ®i, nã chØ chuyÓn ho¸ tõ d¹ng nμ y sang d¹ngkh¸c, truyÒn tõ hÖ nμ y sang hÖ kh¸c.
3. HÖ qu¶ cña nguyªn lý thø nhÊt nhiÖt§éng Lùc häc: Kh«ng tån t¹i ®éng c¬ vÜnh cöu lo¹i I: Gi¶ sö hÖ thùc hiÖn mét chu tr×nh kÝn vμ trë l¹i tr¹ngth¸i ban ®Çu; Tøc U2=U1-> ΔU = 0 => A=-Q
hay -A = Q; Nh− vËy hÖ nhËn c«ng th× to¶ nhiÖt,i h « th× h¶i hË hiÖt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 208/633
sinh c«ng th× ph¶i nhËn nhiÖt.
Trong mét hÖ c« lËp gåm 2 vËt trao ®æi nhiÖt,nhiÖt l− îng do vËt nμy to¶ ra b»ng nhiÖt l− îng
do vËt kia thu vμo:ΔU = 0 => Q1 =-Q2.
§3. øng dông nguyªn lý thø I nhiÖt®éng lùc häc
1. Tr¹ng th¸i c©n b»ng, qu¸ tr×nh c©n b»ng
a. §Þnh nghÜa: Tr¹ng th¸i c©n b»ng cña hÖ lμtr¹ng th¸i trong ®ã mäi th«ng sè tr¹ng th¸i
kh«ng biÕn ®æi theo thêi gian. Tr¹ng th¸i c©nb»ng bÞ ph¸ vì nÕu chÞu t¸c ®éng tõ bªn ngoμi.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 209/633
g Þ p Þ é g gQu¸ tr×nh c©n b»ng lμ qu¸ tr×nh biÕn ®æi gåmmét chuçi liªn tiÕp c¸c tr¹ng th¸i c©n b»ng Thùc tÕ kh«ng cã qu¸ tr×nh CB; QT biÕn ®æi rÊt
chËm: Tr¹ng th¸i CB ®− îc thiÕt lËp trong toμn hÖtr− íc khi chuyÓn sang tr¹ng th¸i CB tiÕp theo
QT gi¶ c©n b»ng
¸p suÊt t¸c dông lªn pÝt t«ngp = F/SC«ng khèi khÝ nhËn ®− îc:δA=-F.dl=-pSdl
S.dl=dV => δA = -pdVC«ng hÖ nhËn ®−îc trong qu¸ tr×nh V => V
b. C«ng mμ hÖ nhËn ®− îc trong qu¸ tr×nh CB
NÐn chËm
F
dl<0S
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 210/633
C«ng hÖ nhËn ®− îc trong qu¸ tr×nh V1=> V2
∫ ∫ −==2
1
V
V
2
1
pdVdAA
A b»ng diÖn tÝch d−
íi®− êng cong.
Trong chu tr×nh A b»ng tæng ®¹i sè Agi·n+AnÐn
p
NÐnV2 V1V
2 A>0
1
Gi·nV1 V2
1 A<0
2
p
c. NhiÖt mμ
hÖ nhËn ®−
îc trong qu¸ tr×nh CBNhiÖt dung: riªng c cña mét chÊt lμ ®¹i l− îng vËt lý cã gi¸ trÞ b»ng l− îng nhiÖt cÇn thiÕt mμ
mét ®¬n vÞ khèi l− îng nhËn ® − îc ®Ó nhiÖt ®éjQδ
p
V2
1VV1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 211/633
NhiÖt dung ph©n tö(1 mol): C = μ.c J/(mol.K)NhiÖt hÖ nhËn ®− îc:
CdTm
Q μ=δ
cña nã t¨ng thªm 1 ®é.
C = Cv trong qu¸ tr×nh ®¼ng tÝch
C = C trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p
kg.K
j v§
dT.m
Qc
δ=
2. Qu¸ tr×nh ® ng tÝch• V= const•P/T = const (§L Gay-Lussac)
T2iR mU Δ
μ=Δ
2
132
2
1
1
T
p
T
p
T
p==
V
p
•C«ng A= p(V1-V2)=0• =>ΔU = Q
• BiÕn thiªn néi n¨ng:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 212/633
2μ
TCm
Q v Δμ=
2iR Cv =
•NhiÖt nhËn ®− îc:
12 TTT −=Δ
3. qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p• p = const• V/T = const (§L Gay-Lussac)
3
3
1
1
TV
TV
TV ==
• NhiÖt hÖ nhËn ®− îc: Q= ΔU -A
T2iR mQ Δ
μ=
TRmT
iR mQ Δ+Δ
V
p
+p(V2-V1)
• C«ng nhËn ®− îc: A=-p(V2-V1) 2 1 3
v2 v1 v3
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 213/633
2μ TR T2
Q Δμ
+Δμ
=
=> R=CP -CV R 2
2iCP
+=
i
2i
C
C
V
P +==γ
TR
m
V p Δμ=Δ
HÖ sè Poisson
TCmT)R C(
mT)R
2
iR (m
Q PV Δμ
=Δ+μ
=Δ+μ
=
4. qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt• T=const =>T 1=T 2 =T • pV=const (§L Boyle-Mariotte)
∫ −=2v
pdVA
p 3p
11
p2 2
v1 v2 v
p1V1=p2V2=pV
p=p1V1 /V
•ΔU=0 => A=-Q hay Q=-A• C«ng nhËn ®− îc:
∫ −=2v
11V
dVV p
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 214/633
∫1v
p
2
1
1
2
1
211
V
VlnRT
m
V
VlnRT
m
V
VlnV pA
μ=
μ−=−=
1
2
V
VlnRT
mAQ
μ=−=
p p1 1 ∫1v
11V
p
5. Qóa tr×nh ®o¹n nhiÖt• δQ=0 hay Q=0• p t¨ng do V↓ & T ↑
• dU= δA ( Nguyªn lý I N§H);dTC
mdT
2
iR mdU V
μ
=
μ
=
VdVRTdTC V −=⇒ -pdVA =δ RT
m pV
μ= dVRdT
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 215/633
constVln)1(Tln =−γ+ constTV 1 =−γ
μ 0
V
dV
C
R
T
dT
V
=+1C
CC
C
R
V
VP
V −γ=−
=
constTV 1 =−γ
const)TVln( 1 =−γ
1constpT
1
>γ
γ−const pV =γ
• VÒ ph− ¬ng diÖn vËt lý: Trong QT ®o¹n nhiÖtp↓ do V↑ & T↓ cßn khi p ↑ do V ↓ & T ↑
§o¹n nhiÖt dèc h¬n
T=const->pV=constδQ=0->pV
γ
=const p
v• VÒ mÆt to¸n häc:PVγ = const & γ>1
Trong QT ®¼ng nhiÖt:p↓ doV↑
hay p↑do V↓
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 216/633
p↓ do V↑ & T ↓ cßn khi p ↑ do V ↓ & T ↑
T
2
iR mU Δ
μ
=Δ• §é biÕn thiªn néi n¨ngtrong QT ®o¹n nhiÖt:
C«ng mμ hÖ nhËn ®− îc trong QT ®o¹n nhiÖt:
C«ng do hÖ sinh ra: A’=-A
T2iR mUQUA Δμ=Δ=−Δ=
∫ −=2
1
V
V
) pdV(A
C«ng AnhËn
trongqt ®o¹n nhiÖtV1->V2:
)VV(VdV 11V2 γ−γ−γ
γ
γγγ =⇒=
V
V p pV p pV 1111
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 217/633
∫
111 RTm
V p =
1
)VV(V p
V
dV
V pA
1
1
1
211
V11
2
1−γ
−
=−=
γγγγ
∫ γ
1
V pV pA 1122
−γ
−=
1
1211
T)1(
)TT(V p
−γ
−=A
γγ = 2211 V pV pvμ thay
Nh©n vμo
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ngT¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 218/633
Ö Ë ý ü Ë
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
Ch−
¬ng 13ThuyÕt ®éng häc ph©n tö c¸c
VËt lý ®¹i c− ¬ng I
http://iep.hut.edu.vn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 219/633
y é g ä p
chÊt khÝ vμ ®Þnh luËt ph©n bè
Më ®Çu• ChuyÓn ®éng nhiÖt: chuyÓn ®éng hçn lo¹n cña
c¸c ph©n tö/ nguyÓn tö / x¸c ®Þnh nhiÖt ®é cñavËt. §èi t− îng cña vËt lý ph©n tö vμ NhiÖt
®éng lùc häc. Hai ph− ¬ng ph¸p nghiªn cøu:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 220/633
Ph− ¬ng ph¸p thèng kª:NC qóa tr×nh ®èi víitõng ph©n tö riªng biÖt + ®Þnh luËt thèng kª --
>T×m Quy luËt chung cña c¶ tËp thÓ ph©n tö vμ
gi¶i thÝch c¸c tÝnh chÊt cña hÖ (dùa vμo cÊu t¹oph©n tö )
Ph− ¬ng ph¸p nhiÖt ®éng lùc: NC biÕnho¸ n¨ng l− îng vÒ: D¹ng, ®Þnh l− îng;
Dùa vμo kÕt qu¶ cña thùc nghiÖm:Nguyªn lý I & Nguyªn lý II nhiÖt ®éng
lùc häc.TÝ h hÊt &§iÒ kiÖ (Kh« Ç NC
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 221/633
-->TÝnh chÊt &§iÒu kiÖn (Kh«ng cÇn NCb¶n chÊt cÊu t¹o ph©n tö.)
--> Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò thùc tÕ tèt.
§1.Nh÷ng ®Æc tr− ng c¬ b¶n cña khÝ lýt− ëng cæ ®iÓn
• HÖ nhiÖt ®éng: gåm nhiÒu ph©n tö/nguyªn
tö (hoÆc nhiÒu vËt)-->M«i tr− êng xung quanh gåm c¸c ngo¹i vËt.
• HÖ c« lËp: Kh«ng t− ¬ng t¸c, kh«ng trao ®æiNhiÖt & C«ng víi m«i tr−êng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 222/633
NhiÖt & C«ng víi m«i tr− êng.
C« lËp nhiÖt, c« lËp c¬.• Th«ng sè tr¹ng th¸i: Lμ c¸c tÝnh chÊt ®Æc
tr− ng cña hÖ.-> §¹i l− îng vËt lý p, m, T,V lμ c¸c th.sè tr.th
>C¸ th« è t th¸i § l Ph th
• Ph− ¬ng tr×nh: f(p,V,T)=0 cã 3 th«ng sè p,V,T ®− îc chän.
C¸c ®¹i l−
îng vËt lý/ thèng sè tr¹ngth¸i:• ¸p suÊt: §¹i l− îng vËt lý = Lùc nÐn vu«ng
gãc lªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch.at 9 81 104Pa 736mmHg
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 223/633
at = 9,81.104Pa = 736mmHg
atm=1,013.105Pa taÞ 0oC, ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn
) pascal(PaS
P p n == 2m
N n vÞ
• NhiÖt ®é: ®¹i l− îng ®Æc tr− ng cho ®énãng, l¹nh.
§o b»ng nhiÖt kÕ (§o b»ng c¸ch ®o mét ®¹il− îng vËt lý biÕn thiªn theo nhiÖt ®é:
vÝ dô: ®é cao cét thuû ng©n, suÊt ®iÖn®éng).
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 224/633
é g)
• NhiÖt ®é tuyÖt ®èi (K-Kelvin), nhiÖt ®éB¸ch ph©n (0C -Celsius):
T K = toC + 273,16
§2.Ph− ¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ lý t− ëng1. C¸c ®Þnh luËt thùc nghiÖm vÒ chÊt
khÝ:* §L Boyle-Mariotte: Víi 1 khèi khÝ
(m=const) NÕu T=const (§¼ng nhiÖt), th×pV=const.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 225/633
p
* §L Gay-Lussac: Víi 1 khèi khÝ (m=const)
NÕu V=const (§¼ng TÝch), th× p/T= const.NÕu p=const (§¼ng ¸p), th× V/T=const.
Sai lÖch gi÷a c¸c ®Þnh lý trªn víi thùcnghiÖm:khi p cao (p>500at) hoÆc T thÊp & cao.KhÝ lý t− ëng: KhÝ tu©n theo §L Boyle-Mariotte
vμ Gay-Lussac lμ khÝ lý t− ëng.KLT ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn: T 0=273,16K (00C),
p0=1,033at=1,013.105Pa, V0=22,410.10-3 m3.2. Ph− ¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ lý
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 226/633
t−
ëng:1 mol khÝ lý t− ëng cã 6,023.1023 (sè Avogadro)ph©n tö víi m=μ kg tu©n theo §L Clapayron-Mendeleev:
pV=RT
T
pV
T
V p
T
V p
2
22
1
11 ==
RT
m
pV μ=
m kg khÝ lý t− ëng:
p1V1T 1 +(®¼ng nhiÖt)-> p’1V2T 1
K .mol
j31,8R T
V p
0
00 ===
Chøng minh:
p
Dïng 2 ®− êng ®¼ng nhiÖt cña 1 khèi khÝ:
p’1V2T 1 +(®¼ng tÝch)-> p2V2T 2
->p1V
1=p’
1V
2->p’1 /T 1= p2 /T 2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 227/633
* TÝnh khèi l− îngriªng cña khèi khÝ:
V 1 > RT
p
V
m μ==ρ
§T Clapa ron
R-H»ng sè khÝ lý t−
ëngμ=2.10-3kg/mol ®èi víi H2T 1p1
v1
p1’
p
V
p2
v2
< T 2
1. nh÷ng c¬ së thùc nghiÖm vÒ chÊt khÝ:* KÝch th− íc ph©n tö cì 10-10m; ë kho¶ng c¸ch:r<3.10-10m: §Èy nhau;3.10-10m<r<15.10-10m: Hót nhau.
r>15.10-10m (®iÒu kiÖn b×nh th− êng) Bá qua lùct−¬ng t¸c.
§3. ThuyÕt ®éng häc ph©n tö
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 228/633
t− ¬ng t¸c.
C¸c ph©n tö khÝ chiÕm 1/1000 thÓ tÝch.* ChuyÓn ®éng Brown: Hçn lo¹n kh«ng ngõng.
Trong KhÝ : Hoμn toμn hçn lo¹n;Láng: dao ®éng + dÞch chuyÓn;
R¾ D ®é h Þ t Ý è ®Þ h
a. C¸c chÊt cÊu t¹o gi¸n ®o¹n vμ gåm mét sè línc¸c ph©n tö.b. C¸c ph©n tö chuyÓn ®éng hçn lo¹n kh«ngngõng. C− êng ®é chuyÓn ®éng ph©n tö biÓu hiÖn
nhiÖt ®é cña hÖ.c. KÝch th−íc ph©n tö rÊt nhá so víi kho¶ng c¸ch
2. Néi dung cña thuyÕt ®éng häc ph©n tö:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 229/633
c. KÝch th− íc ph©n tö rÊt nhá so víi kho¶ng c¸ch
gi÷a chóng. Cã thÓ coi ph©n tö lμ chÊt ®iÓmtrong c¸c tÝnh to¸n.
d. C¸c ph©n tö kh«ng t− ¬ng t¸c, chØ va ch¹mtheo c¬ häc Newton.
b ®ó íi i hÊt d hØ ®ó íi khÝ LT
v1
v2
ΔS- phÇn diÖn tÝch thμnh-®¸y trô,
Δt -thêi gian va ®Ëp; v.Δt-chiÒu cao trôSè ph©n tö chøa trong trô: n=n0. v.Δt. ΔS;
S
F
p Δ=
v.Δt
1
3. Ph− ¬ng tr×nh c¬ b¶n cña thuyÕt®éng häc ph©n tö:
* ThiÕt lËp ptr×nh c¬ b¶n: ¸p suÊt dolùc va ch¹m cña ft lªn thμnh b×nh:
ΔS
(v1
=v=v2
)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 230/633
p g ô 0
Sè ph/t va ch¹m víi ®¸y trô: s.t.v.n6
1
6
nn 0 ΔΔ==Δ
Stvn61
tvm2n
tvm2F 0
00 ΔΔΔ=ΔΔ=
⇒Δ= Svmn
3
1 2
00
2
00 vmn
3
1 p =
Xung l− îng lùc do 1 ft: f Δt=|m0v2- m0v1 |=-2m0v
n
v...vv
v
2
n
2
2
2
12 +++
=
Wn3
2
2
vm
n3
2
vmn3
1
p 0
2
0
0
2
00 ===W
Wn3
2 p 0=
Trung b×nh b×nhph− ¬ng vËn tèc
¸p suÊt lªn
thμnh b×nh:-§éng n¨ng tÞnh tiÕn trung b×nh
Ph− ¬ng tr×nh c¬ b¶n cñathuyÕt ®éng häc ph©n tö:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 231/633
b.HÖ qu¶:* BiÓu thøc tÝnh ®éng n¨ng tÞnh tiÕn vμ ý nghÜa
nhiÖt ®é tuyÖt ®èi:
N2
RT3
Vn
RT
2
3W
V
RTWn
3
2 p
0
0 ==→==
kT2
3W =
N=n0V=6,023.1023 sè ph©n tö trong 1molk=R/N=1,38.10-23 j/K H»ng sè Boltzmann
* §éng n¨ng tÞnh tiÕn trung b×nh tû lÖ
víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña khèi khÝ.* T lμ sè ®o c− êng ®é chuyÓn ®éng hçn lo¹n cña
c¸c ph©n tö cña hÖ.-> chuyÓn ®éng nhiÖt.* C¸c ph©n tö chuyÓn ®éng kh«ng ngõng ->
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 232/633
R=kN & Nm0 = μ; m0 - khèi l− îng 1 ph©n tö.
→== kT2
3vm
2
1W 2
0
T ≠0K 3. VËn tèc c¨n qu©n ph− ¬ng:
μ===
RT3
m
kT3vv
0
2
c
D− íi cïng mét ¸p suÊt vμ nhiÖt ®é mäi chÊt khÝ ®Òu cã cïng mËt ®é ph©n tö
kT
p
kT
2
32
p3
W2
p3nWn
3
2 p 00 ===⇒=
kT
pn 0 =
4. MËt ®é ph©n tö:
VËy:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 233/633
®Òu cã cïng mËt ®é ph©n tö .ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn: sè Loschmidt
32523
5
0
00 m/ft10.687,2
273.10.38,110.013,1
kT pn === −
4. Néi n¨ng khÝ lý t− ëngNéi n¨ng = §éng n¨ng + thÕ n¨ng t− ¬ng t¸c gi÷ac¸c ph©n tö + W dao ®éng cu¶ c¸c nguyªn tö.
Bá qua t− ¬ng t¸c -> Néi n¨ng cña khÝ lý t− ëngb»ng tæng ®éng n¨ng cña c¸c ph©n tö .
BËc tù do i lμ sè to¹ ®é x¸cWtp = WtÞnh tiÕn+ Wquay z
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 234/633
BËc tù do i lμ sè to¹ ®é x¸c
®Þnh c¸c kh¶ n¨ng chuyÓn®éng cña ph©n tö trong
kh«ng gian
x y
Ph©n tö ®¬n nguyªn tö cã i=3
3 to¹ ®é x, y, z x¸c®inh 3 chuyÓn®éng tÞnh tiÕn
zx
z
y
Ph©n tö gåm hai nguyªn tö :3 tÞnh tiÕn (x,y,z) + 2 bËc
quay (ϕ, θ); i=5θ
ϕ
ψ
ϕ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 235/633
Ph©n tö gåm ba nguyªn tö : i=63 bËc tÞnh tiÕn (x,y,z) +3 bËc quay (ϕ, θ, ψ).
x yθ
2
iRT
2
ikT NU0 ==
Ph©n bè ®Òu cho c¸c bËc tù do:
§L (Maxwell): §éng n¨ng trung b×nh cña c¸cph©n tö ®− îc ph©n bè ®Òu cho c¸c bËc tù do
cña ph©n tö .BiÓu thøc tÝnh néi n¨ng: Cña mét mol lμ cña N
ph©n tö:R=kN; i -sè bËc tù do
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 236/633
Néi n¨ng cña khÝ lýt− ëng chØ phô thuécvμo nhiÖt ®é
22
2iRTmUmU 0 μ=μ=
Cña khèi khÝ khèi l− îng m kg:
∑∑ ∑ === iiiiii vPvn
nvn
n
1v
nP i
i =
§4. C¸c ®Þnh luËt ph©n bè ph©n tö
1. X¸c suÊt vμ gi¸ trÞ trung b×nh:Sè ph©n tö n lín, c¸c ®¹i l− îng VL ®Æc tr− ng cña
chóng rÊt kh¸c nhau; Gi¶ sö ni ph©n tö cã vËntèc vi, vËn tèc trung b×nh:
lμ x¸c suÊt t×m thÊy ph©n tö cã vËn tèc v
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 237/633
Víi ®iÒu kiÖn chuÈn
ho¸
ni
1nnP
i
i
i
i == ∑∑ ∑=i
2
ii
2 vPv
lμ x¸c suÊt t×m thÊy ph©n tö cã vËn tèc viGÝa trÞ b×nh ph− ¬ng
trung b×nh :
dv)v(F
n
dn= dv)v(nFdn =
2. §Þnh luËt ph©n bè ph©n tö theo vËn
tèc maxwell:dn lμ sè pt cã vËn tèc trong kho¶ng v ®Õn v+dv,
th× x¸c suÊt cña ft cã vËn tèc trong kho¶ng (v,v+dv) lμ: Suy ra
∫∫∞∞
=→=00
1dv)v(Fndv)v(nFMaxwell t×m ra hμmph©n bè: F(v)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 238/633
F(v) ®¹t
® i t i
kT2vm
2
2
0
ev.const)v(F−
=
0
xsm
kT2v =
2
3
0
kT2
m4
const ⎟ ⎠
⎞
⎜⎝
⎛
π=
00
dv
vxs
v
0
dv
)v(dF=
C¶ 3 vËn tèc nμy ®Òu t¨ng
∫∞
π==
0 0m
kT8vdv)v(Fv →== ∫
∞
0 0
22
m
kT3dvv)v(Fv
cvv <<xsvF(v)
F(v)dv lμ x¸c suÊt ph©n tö cã vËn tèc trong
kho¶ng (v, v+dv).VËn tèc trung b×nh:
VËn tèc c¨n qu©n ph− ¬ng:
0
cm
kT3
v =
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 239/633
theo nhiÖt ®é.
( )
v
T 1 < T 2
vxs1
<vxs2
Khi nhiÖt ®é T t¨ng sè
ph©n tö cã vËn tèc vxsgi¶m ®i:
F( xs T1) F( xs T2)
μ== RT2
m
kT2
v0
xs
μπ=π= RT8m
kT8v0
μ== RT3
m
kT3v
0
c
cvv <<xsv
V X¸c suÊt < V trung b×nh < V c¨n qu©n ph− ¬ngý nghÜa:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 240/633
X¸c suÊt ph©n tö cã vxs lμ cao nhÊt. VC øng víi ®éng n¨ng trung b×nh cña ph©n tö.
T¹i nhiÖt ®é T cña hÖ, mçi ph©n tö cã vËn tèckh¸c nhau, lμ gi¸ trÞ trung b×nh céng cña vËn
tè ¸ h© tö t ¶ hÖ ( ¸ /t ã ï )
v
3.®Þnh luËt ph©n bè ph©n tö theothÕ n¨ng
Ph©n bè Maxwell kh«ng tÝnh ®Õn søc hót cña
tr¸i ®Êt lªn ph©n tö. Do søc hót mËt ®é ph©n tö gi¶m theo chiÒu cao h.
a. C«ng thøc khÝ ¸p :Cét khÝ cao dh, ®¸y S=1m2,
p+dp dhp
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 241/633
¸p suÊt ®¸y d− íi lμ p,®¸y trªn p+dp;
dp<0 nªn dp=-dP dP lμ träng l− îng cét khÝ dh
dP=m0gn0Sdh
Sè ph©n tö n»m trong cét khÝ:dn = n0S.dh = n0dh
Träng l− îng khèi khÝ:dP = dn.m0.g = m0 gn0dh
¸p suÊt t¨ng: p
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 242/633
dhkTgmdhgnmdPdp 000 −=−=−=
kTgdhm
pdp 0−=
LÊy tÝch ph©n hai vÕ:
∫ ∫ −=h
Matdat
h
0
0 dhkT
gm
p
dp
kT
ghm
0
0
e p p −=
Nång ®é khÝ tû lÖ víi ¸psuÊt:
kT
ghm
d 00
0
enn −=μ
hkT
gm
p
pln 0
0
−=
C«ng thøc khÝ ¸p:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 243/633
BÇu khÝ quyÓn chØ dμ
y 3000km, h¬n n÷a g&T ≠const.
b. Ph©n bè theo thÕ n¨ng: m0gh=WtkTW
d 0h0
t
enn−
=
Ph©n bè Maxwell-Boltzmann X¸c suÊt hai hiÖn t− îng ®ång thêi ®éc lËpb»ng tÝch c¸c x¸c suÊt x¶y ra c¸c hiÖn t− îng Êy:T¹i vïng to¹ ®é x ÷ x+dx, y ÷ y+dy, z ÷ z+dzTæng sè ph©n tö cã vËn tèc trong kho¶ng
vx ÷ vx +dvx, vy ÷ vy +dvy, vz ÷ vz +dvz,
)Wvm
(1
t
20 +−
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 244/633
zyx
)
2
(
kT dvdvdxdydzdv Ne.AdN t
=X¸c ®Þnh A theo:
1dvdvdxdydzdve.A N
dNzyx
)W2
vm(kT
1
z,y,x vvv
t
20
zyx
== +−
∫∫∫ ∫∫∫∫
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
− μ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 245/633
Tr−
êng §H B¸ch khoa Hμ
néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 246/633
1. Dao ®éng ®iÖn tõ ®iÒu hoμ: BiÕn ®æi tuÇn
hoμn gi÷a c¸c ®¹i l− îng ®iÖn vμ tõ
K2+_
-+
Dmax
Cq
21W
20maxe =
20
maxm LI
21W =
L
Imax
CK1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 247/633
M¹ch kh«ng cã ®iÖn trë thuÇn, kh«ng bÞ mÊt m¸t n¨ng
l− îng
We+Wm=const
constLI
2
1
C
q
2
1 22
=+
0dtdILI
dtdq
Cq =+
0dt
dI
LC
q
=+
0Idt
Id 2
02
2
=ω+ LC
12
0 =ω
LC22
T00
π=ω
π=
Dao ®éng ®iÖn tõ trong
m¹ch LC lμ dao ®éng ®iÒuhoμ )tcos(II 00 ϕ+ω=
LÊy ®¹o hμm hai vÕ
theo thêi gian
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 248/633
tcosII 00 ω=I,q
ttsinq q 00 ω=
2.Dao ®éng ®iÖn tõ t¾t dÇn
LC
RTo¶ nhiÖt t¹i R Biªn ®é dßng (®iÖn tÝch) gi¶m
dÇn -> t¾t h¼n6.1 f/t Dao ®éng ®iÖn tõ t¾t dÇn
To¶ nhiÖt t¹i R, mÊt n¨ng l− îng
trong dt:-dW= RI2dt RI
dIL
q −=+
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 249/633
dtRI)LI2
1
C
q
2
1(d 22
2
=+−
2RIdt
dILI
dt
dq
C
q −=+
dtC0I
dt
dI2
dt
Id 202
2
=ω+β+
L
R 2 =β
LC
10 =ω
§iÒu kiÖn ®Ó cã dao ®éng ω0 > β
)tcos(eII t0 ϕ+ω= β− 220 β−ω=ω
2)
L2
R (
LC
1−=I
t
I0e-βt
-I0e-βt
I0cosϕI0
2)L2R (
LC1
22T
−
π=
ω
π=
μ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 250/633
-I0 T • I gi¶m dÇn theo hμ
m mò víithêi gian• §iÒu kiÖn ®Ó cãdao ®éng ω0 > β
2)
L2
R (
LC
1>
C
L2R <
C
L2R 0 = • §iÖn trë tíi h¹n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 251/633
I
t22
0
0
)C1L(R
I
Ω−Ω+
ε=
R
C1L
tg Ω−Ω
=Φ22 )
C
1L(R Z
Ω−Ω+=
Tæng trë cña m¹ch
LZL Ω=C1ZC
Ω=C¶m kh¸ng Dung kh¸ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 252/633
Céng h− ëng I0 ®¹t cùc ®¹iR
I 0max0 ε=
0ch
LC
1
C
1L ω==Ω→
Ω
=Ω
TÇn sè c− ìng bøc b»ng tÇn sè riªng cña
h C h−
ë
ø ng dông: HiÖu suÊt cao nhÊt -> Bï pha
Ω
I0max
Ωch=ω0
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 253/633
Ch− ¬ng 10: Sãng ®iÖn tõ
1. Sù t¹o thμnh sãng ®iÖn tõ ThÝ nghiÖm cña HÐc:
~ L
L’
A
B
Er
Hr
M
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 254/633
Sãng ®iÖn tõ lμ tr− êng ®iÖn tõ biÕn thiªntruyÒn ®i trong kh«ng gian
2. Ph−
¬ng tr×nh M¾c xoen cña sãng ®iÖn tõ )t,z,y,x(EE
rr
=
)t,z,y,x(DD
rr
=
)t,z,y,x(HHrr
=
)t,z,y,x(BB
rr
=
0=ρ
0J =
r
t
BErot
∂
∂−=
r
r
t
DHrot
∂
∂=
r
r
0Ddiv =r
ED 0
rr
εε= 0Bdiv =r
HB 0
rr
μμ=
∂r
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 255/633
Ph− ¬ng tr×nh sãng
t
HErot 0
∂
∂μμ−=
r
r
Erot1
t
H
0
r
r
μμ−=
∂
∂
tEHrot 0∂
εε=
2
2
0tE)
tH(rot
∂∂εε=
∂∂
rr
2
2
00 t
E)Erot(rot
1
∂
∂
εε=μμ−
r
r
0t
E)Erot(rot 2
2
00 =∂
∂
εμεμ+
r
r
0t
E
v
1E 2
2
2 =∂
∂+Δ−
r
r
10t
E
v
1
E 2
2
2 =∂
∂
−Δ
r
r
C
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 256/633
εμεμ=00
v με=v
s/m10.31
C 8
00≈
εμ=
EEEdiv)Erot(rot 2 rrrr
Δ−=∇−∇=
3. Nh÷ng t/c cña sãng ®iÖn tõ:
• Tån t¹i c¶ trong chÊt, ch©n kh«ng• Sãng ngang: E&H vu«ng gãc víi v
• VËn tèc trongch©n kh«ng
• VËn tèc trongm«i tr− êng chÊt
με= Cv s/m10.31C 8
00
≈εμ
=
¾
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 257/633
Sãng ®iÖn tõ ®¬n s¾c:MÆt sãng lμ c¸c mÆt
ph¼ng song song: tõ ∞,ph− ¬ng E,H kh«ng ®æi
Er
Hr
vr
y
z
0Er
0Hr x
Er
Hr
vr
Hai vÐc t¬ lu«n vu«ng gãc HErr
⊥
v,H,E r
rr
theo thø tù ®ã hîp thμnh tam diÖnthuËn 3 mÆt vu«ng
H,E
rr
lu«n dao ®éng cïng pha vμ cã tû lÖ|H||E| 00
rr
μμ=εε
)vxt(cosEE m −ω=
)
x
(HH
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 258/633
)vt(cosHH m −ω=4. N¨ng l− îng sãng ®iÖn
tõ 20
20 H
21E
21 μμ+εε=ϖ
Sãng ®iÖn tõ lan truyÒn:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 259/633
HEHE00
2
0
2
0
μμεε=μμ=εε=ϖ
• N¨ng th«ng cña sãng ®iÖn tõ vϖ=Φ
εμεμ=
00
1v
EH=ΦHErrr
×=Φ
5. Thang sãng λ
cm
• VÐc t¬ Um«p-Poynting
10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 102
S ã H A T T T
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 260/633
S ãn g V T §
H å n g
n g o ¹ i
A S n h × n
t h Ê y
Ti a r ¬
n g h
e n
Ti a G a m m a
T i a t ö
n g o ¹ i
6. ¸p suÊt sãng ®iÖn tõ
Er
Hr
Jr
Tr− êng ®iÖn tõ g©y ra dßngc¶m øng J -> g©y ra lùc ®Èy
¸p suÊt p=(1+k) ϖ
ϖ ≤ p ≤ 2ϖAS mÆt trêi cã n¨ng th«ng Φ ~103W/m2
Φ/ 103/(3 108)J/ 3
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 261/633
ϖ = Φ /c = 103 /(3. 108)J/m3
¸p suÊt AS mÆt trêi t¸c dông lªn mÆt vËt dÉn
ph¶n x¹ hoμn toμn k=1:p=2. 103 /(3. 108)=0,7.10-5 N/m2
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 262/633
T μi liÖu tham khaá:
1. Physics Classical and modernFrederick J. Keller, W. Edward Gettys,
Malcolm J. SkoveMcGraw-Hill, Inc. International Edition 1993.
2. R. P. FeymannLectures on introductory Physics
3 I V S l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 263/633
3. I. V. SavelyevPhysics. A general course, Mir Publishers 19814. VËt lý ®¹i c− ¬ng c¸c nguyªn lý vμ øng dông,tËp I, II, III. Do TrÇn ngäc Hîi chñ biªn
C¸c trang Web cã liªn quan:http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/
http://nsdl.exploratorium.edu/
Bμ
i gi¶ng cã trong trang:http://iep.hut.edu.vn
Vμ
§μ
Bμ
i i¶ VL§CII
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 264/633
V o § o t¹o ->B i gi¶ng VL§CII load bμi gi¶ng vÒ in thμnh tμi liÖu cÇm tay,
khi nghe gi¶ng ghi thªm vμ
o!
• T μ
i liÖu häc : VËt lý ®¹i c−
¬ng: Dïng cho khèic¸c tr− êng §H kü thuËt c«ng nghiÖp (LT&BT) TËp II : §iÖn, Tõ, Dao ®éng & sãng. C¸ch häc: Lªn líp LT ; mang theo tμi liÖu cÇmtay, nghe gi¶ng, ghi thªm vμo tμi liÖu.
• VÒ nhμ: Xem l¹i bμi ghi, hiÖu chØnh l¹i cïng tμiliÖu -> Lμm bμi tËp.
Lª lí BT b¾t ®Ç tõ t Ç 2 SV lª b¶Ó
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 265/633
• Lªn líp BT b¾t ®Çu tõ tuÇn 2: SV lªn b¶ng,thÇy kiÓm tra vë lμm bμi ë n hμ.• §iÓm QT hÖ sè 0,3 gåm ®iÓm kiÓm tra gi÷a kú+ §iÓm chuyªn cÇn; NÕu nghØ 2,3 buæi trõ 1®iÓm, nghØ 4,5 buæi trõ 2 ®iÓm.
Hoμn chØnh bμi nμymíi®− îc lμm tiÕp bμi sauCuèi cïng ph¶i b¶o vÖ TN NÕu SV kh«ng qua ®− îc TN, kh«ng ®− îc dù
thi
• ThÝ nghiÖm: §äc tμi liÖu TN tr− íc, kiÓm tra
xong míi ®− îc vμo phßng TN, Sau khi ®o ®− îcsè liÖu ph¶i tr×nh thÇy vμ ®− îc thÇy chÊp nhËn.
• §ît 1: tõ tuÇn 3 (22/2/10)• T μi liÖu: Liªn hÖ BM VLDC tÇng 2 nhμ D3.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 266/633
thi.• Thi: 15 c©u tr¾c nghiÖm (m¸y tÝnh chÊm) + 2
c©u tù luËn, räc ph¸ch (thÇy ngÉu nhiªn chÊm)Mçi ng− êi 1 ®Ò . §iÓm thi hs 0,7• §iÓm qu¸ tr×nh hÖ sè 0,3.
Ch− ¬ng 1
Tr − êng tÜnh ®iÖn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 267/633
1. Nh÷ng kh¸i niÖm më ®Çu:
• HiÖn t− îng nhiÔm ®iÖn do cä x¸t• §iÖn tÝch nguyªn tè: ®iÖn tö -e=-1,6.10-19C,
me=9,1.10-31kg; Proton: +e, mp=1,67.10-27kg• MÊt ®iÖn tö nhiÔm ®iÖn d− ¬ng: thuû tinh
• NhËn ®iÖn tö nhiÔm ®iÖn ©m: lôa• §Þnh luËt b¶o toμn ®iÖn tÝch: Tæng ®¹i sè ®iÖn
tÝ h ñ hÖ « lË lμ
kh« ®æiPh© l i Ë DÉ ®iÖ ®iÖ «i B¸ dÉ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 268/633
tÝch cña hÖ c« lËp l kh«ng ®æi.• Ph©n lo¹i vËt: DÉn ®iÖn, ®iÖn m«i, B¸n dÉn ->c¸c thuyÕt:KhÝ ®iÖn tö tù do p dông cho kim lo¹iLý thuyÕt vïng n¨ng l− îng ¸p dông cho TThÓ
2. §Þnh luËt Cul«ng2
21
021 r
|q q |
4
1
FF επε==3. Kh¸i niÖm vÒ ®iÖn tr− êng,
VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng r
r
r 4
q E
20
r
r
πε=
∑=
=n
1i
iEErrNguyªn lý chång chÊt
®iÖn tr− êng•L− ìng cùc ®iÖn lq pe
r
r
=
3
e
M r4
p
E
r
r
3eN
p2E
r
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 269/633
30
M r 4E επε−=30
e Nr 4E επε=
4.1. §− êng søc ®iÖn tr− êng
§Æc ®iÓm: §− êng søc cña tr− êng tÜnh ®iÖn lμ c¸c®− êng hë
2. §Þnh luËt Cul«ng
q1 q2
21r r
20Fr
10Fr q1 q2
12r r
20Fr
10Fr q1q2>0
q1 q2
r
Fr
Fr
q1q2<0r
r
r
q q k F 21
221
10
r
r
=
r
r
r
q q k F 12
221
20
r
r
=
221
2010r
q q k FF ==
29 Nm1091k
2.1. §Þnh luËt Cul«ngtrong ch©n kh«ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 270/633
q1 q220F10F2
9
0 C
Nm10.94
1k =πε
=
2 Nm
2C1210.86,80 −=ε
221
02010
r |q q |
41FFπε
==H»ng sè ®iÖn m«i
§L Cul«ng: Lùc t− ¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch
cã ph− ¬ng n»m trªn ®− êng nèi hai ®iÖn tÝch, lμlùc hót nhau nÕu hai ®iÖn tÝch tr¸i dÊu vμ ®Èy
nhau nÕu cïng dÊu, cã ®é lín tû lÖ víi ®é líntÝch gi÷a hai ®iÖn tÝch ®ã vμ tû lÖ nghÞch víi b×nh
ph− ¬ng kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn tÝch ®ã
21 |qq|1FF
2.2. §Þnh luËt Cul«ng trong m«i tr− êng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 271/633
221
021
r |q q |
41FF
επε==
ε- §é ®iÖn thÈm hay h»ng sè ®iÖn m«i tû ®èi
Ch©n kh«ng 1
Kh«ng khÝ 1,0006Thuû tinh 5 ÷ 10
H2O 81DÇu c¸ch ®iÖn 1000
§é ®iÖn thÈm hay h»ng sè ®iÖn m«i tû ®èi ε
cña mét sè chÊt:
Lùc Cul«ng do hÖ ®iÖn tÝch ®iÓm q1 q2 qn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 272/633
Lùc Cul«ng do hÖ ®iÖn tÝch ®iÓm q1, q2, ..., qn
t¸c dông lªn ®iÖn tÝch ®iÓm q0 :
∑==+++=
n
1iin21 FF...FFF
rrrrr
3. Kh¸i niÖm vÒ ®iÖn tr− êng, VÐc t¬ c− êng ®é®iÖn tr− êng3.1. Kh¸i niÖm vÒ ®iÖn tr− êng:
T − ¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch ®iÓm x¶y ra nh− thÕ nμo?
• ThuyÕt t¸c dông xa: Tøc thêi, kh«ng th«ngqua m«i tr− êng nμo c¶ ->Sai
• ThuyÕt t¸c dông gÇn: Quanh ®iÖn tÝch cã m«i
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 273/633
• ThuyÕt t¸c dông gÇn: Quanh ®iÖn tÝch cã m«itr− êng ®Æc biÖt->®iÖn tr− êng lan truyÒn víi c->
vËn tèc t− ¬ng t¸c giíi h¹n->®iÖn tr− êng cña ®iÖn tÝch nμy t¸c dông lùclªn ®iªn tÝch kia
3.2. VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng§Þnh nghÜa:VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖntr− êng t¹i mét ®iÓm lμ ®¹i l− îng
cã gi¸ trÞ b»ng lùc t¸c dông cña®iÖn tr− êng lªn mét ®¬n vÞ ®iÖn
tÝch d− ¬ng ®Æt t¹i ®iÓm ®ã 0q
FE
r
r
=
Thø nguyªn:
q0
⊕q
⊕Fr
)m
V(
VÐc t¬ c−êng ®é ®iÖn tr−êng
MEr
r r
rqE 2
r
r
=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 274/633
VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êngg©y ra bëi ®iÖn tÝch ®iÓm
r r
r 4qq F
20
0
r
r
πε=
r r
r 4q E 2
0πε=
20r 4|q |E
πε=
VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng g©y ra bëi hÖ®iÖn tÝch ®iÓm
⊕
⊕1q
1Fr
⊕iq
iFr
-2F
r
q2
∑==+++=
n
1iin21 FF...FFF
rrrrr
∑ ∑∑= =
= ====n
1i
n
1ii
0
i
0
n
1ii
0
Eq
F
q
F
q
FE
r
r
r
r
r
∑=
= n
1iiEE
rr
q0
M
t¹i M b»ng tæng c¸c vÐc t¬ c−êng ®é ®iÖn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 275/633
...t¹i M b»ng tæng c¸c vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖntr− êng g©y ra bëi c¸c ®iÖn tÝch ®iÓm t¹i ®iÓm
®ã-> nguyªn lý chång chÊt ®iÖn tr− êng
VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng g©y ra bëi vËtmang ®iÖn tÝch dq
Mr
r
r
r
r 4
dq Ed E
tbv2
0
r
rr
∫∫ επε==vËtbéToμn
Ed r
Trong tr−
êng hîp cô thÓ ph¶i x¸c ®Þnh ph−
¬ngvμ chiÒu b»ng h×nh vÏ, tÝch ph©n chØ x¸c ®Þnhgi¸ trÞ cña ED©y:λ(C/m) MÆt:σ(C/m2) Khèi:ρ(C/m3)
dqi
ir r iEd
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 276/633
r r
r 4
dlEtbv
20
r
r
∫ επελ=
D©y:λ(C/m)dq= λdl
MÆt:σ(C/m )dq= σdS
Khèi:ρ(C/m )dq= ρdV
r r
r 4dSE
tbv2
0
r
r
∫ επεσ=
r r
r 4dVE
tbv2
0
r
r
∫ επερ=
3.3. ThÝ dô•L− ìng cùc ®iÖn
⊕lr
--q q
lq pe
r
r
=
α
α
r1 r r2
1Er
2Er
E
r
M
21 EEE
rrr
+= E=2E1cosα3
101
2
10 r 4
ql
r 2
l
r 4
q 2E
επε
=
επε
=
r4
l
rrlr
22
1 ≈+=⇒>> ql p
e =
N•
30
e Nr 4
p2Eεπε=
r
r
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 277/633
r 4r r lr ≈+=⇒>>
30
e
r 4
pE
επε=
30
e
M r 4
p
E επε−=
r
r
E ~ m«men l− ìng cùc ®iÖn pe
•T¸c dông ®iÖn tr− êng ®Òu lªn l− ìng cùc ®iÖn
+q
-ql
θ
0Er
'Fr
Fr
00 Elq Eq lFlrrrrrr
r
×=×=×=μ
0e E pr
rr
×=μ μ=qlE0sinθ•VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng g©y ra bëi d©y dÉn
v« h¹n tÝch ®iÖn ®Òu
++ M
α
+επε
λ== ∫∫ cos
)r x(4
dxdEE
tbd
22
0tbd
n
αrddq=λdx
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 278/633
++
++ Ed r
nEd r
//Ed r
M
r
x α+επε )(
)r x/(r cos 2222 +=αα
α=
2cos
rd dx
ααεπε
λ= ∫π
π−
d cosr 4
E2/
2/0 r 2
||E
0επελ=
dq=λdx
•VÐc t¬c− êng ®é ®iÖn tr− êng g©y ra bëi ®Üa
trßn ph¼ng tÝch ®iÖn ®Òu
dq=σdS=σxdxdϕ
αr
h
2Ed r
1Ed r Ed
r
dE=2dE1cosα
2/322d 0 )xh(
xdxd
2
hE
+
ϕεπε
σ== ∫ ∫
tb tbd
dE
∫∫πσ R
xdxh
dϕ
x dx
ϕR
®Üa ph¼ng v« h¹n
R → ∞
Er
2/122
)xh(
hcos
+
=αx
M
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 279/633
∫∫ ϕ+επε
σ=
00
2/3220
d )xh(
xdx
2
hE
))h/R 1(
11(
2E
2/1220 +
−εε
σ=
R → ∞
εε
σ
= 02E
4. §iÖn th«ng
4.1. §− êng søc ®iÖn tr− êng lμ ®− êng cong mμ
tiÕp tuyÕn t¹i mçi ®iÓm cña nã trïng víiph− ¬ng cña vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng t¹i
®iÓm ®ã chiÒu cña ®−
êng søc ®iÖn tr−
êng lμ
chiÒu cña vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng
Er1E
r
r TËp hîp ®− êng søc cña®iÖn tr−êng ®iÖn phæ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 280/633
2E
4Er
3Er TËp hîp ® êng søc cña®iÖn tr− êng = ®iÖn phæ
⊕
⊕ ⊕
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 281/633
§Æc ®iÓm: §− êng søc cña tr− êng tÜnh ®iÖn lμ c¸c®− êng hë
4.2. Sù gi¸n ®o¹n ®− êng søc
cña ®iÖn tr− êng⊕
ε1ε2
NÕu 2ε1 = ε2 gi¸n ®o¹n t¹i
biªn giíi hai m«i tr− êng=>VÐc t¬ c¶m øng ®iÖn
ED 0
rr
εε= ED 0εε=Thø nguyªn
C/m2§iÖn tÝch ®iÓm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 282/633
r
r
r 4
q D 2
r
r
π= 2r 4
|q |D π=
C/m§iÖn tÝch ®iÓm
dS
Dr
n.dSSd r
r
=nr
αdS
n
4.3. Th«ng l− îng c¶m øng ®iÖn /®iÖn th«nglμ ®¹i l− îng cã ®é lín b»ng sè
®− êng søc vÏ vu«ng gãc quadiÖn tÝch
nne DdSdSDcosDdSSd Dd ==α==Φ rr
qua diÖn tÝch S rr
∫∫nr n
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 283/633
qua d Ö t c SSd Dd
S
e
S
e
rr
∫∫ =Φ=Φ
nr
n
mÆt kÝn
5. §Þnh lý «xtr«gratxki-Gauox (¤-G)5.1. Gãc khèi: gãc nh×n mét diÖn tÝch tõ mét®iÓm
dS n.dSSd
r
r
=dΩ
Onr
2
r
cosdSd
α=Ω α
r r
dScosα=dSnGãc nh×n mÆt cÇu (ph¸p tuyÕn ra):
π==α=Ω ∫∫ 4dScosdS nnr
n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 284/633
πΩ ∫∫ 4r r
S2
S2
O
nr
nr
Gãc nh×n mÆt cÇu(ph¸p tuyÕn vμo): Ω’=-4π
'nr
' n
r
'nr
5.2. §iÖn th«ng xuÊt ph¸t tõ ®iÖn tÝch ®iÓm q
2r 4
|q |D π=
§iÖn th«ng qua dS α==Φ cosDdSSd Dd e
rr
Ωπ=απ=Φ d 4
q cosdSr 4
q d 2e
§iÖn tÝch ®iÓm q trong mÆt kÝn S
q d 4q d
SS
ee =Ωπ
=Φ=Φ ∫∫
§iÖn tÝch ®iÓm q ngoμi mÆt kÝn S)dd(
q ∫ ∫ ΩΩΦ
q
Sd
r
nr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 285/633
Ö q g Æ
S2 S1
)d d (4
q
1 2S S
e ∫ ∫ Ω+Ωπ
=Φ
0)(4
q =ΔΣ−ΔΣ
π= q
qnr
n
r
ΔΣ
5.3.§Þnh lý «xtr«gratxki-Gauox (¤-G)
§iÖn th«ng qua mÆt kÝn bÊt kú b»ng tæng ®¹i sè c¸c ®iÖn tÝch chøa trong mÆt kÝn Êy:
∑∫∫ ==Φi
i
S
e q Sd Drr
Σqi Tæng ®¹i sè (dÊucña ®iÖn tÝch)
5.4. D¹ng vi ph©n ®Þnh lý «xtr«gratxki-Gauox
∫∫∫∫∫ =
VS
dVDdivSd Drrr
z
D
y
D
x
D
Ddiv
zyx
∂
∂
+∂
∂
+∂
∂
=
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 286/633
∫∫∫∫∫
∫∫∫∑ ρ=
Vii dVq
Ddiv
r
=ρPh− ¬ng tr×nh Poisson (Po¸t X«ng)
5.5. ø ng dông: TÝnh D & E
5.5.1 CÇu b¸n kÝnh R tÝch ®iÖnmÆt q
X¸c ®Þnh ®iÖn tr−
êng t¹i ®iÓm:• Ngoμi cÇu(r>R): ∑∫∫ ===Φi
i
S
e q q Sd D
1
rr
D4πr2=q 2r 4
q D π= 2
00 r 4q DE
επε=εε=
• Trªn mÆt cÇu (R): 2R4q D
π= 2R4q Eεπε=
Rq
r’
S2
S1
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 287/633
• Trong cÇu (r’<R):
∑∫∫ ===Φi
i
S
e 0q Sd D
2
rr
D=0, E=0
Æ ( ) R 4π 0 R 4 επε
5.5.2 MÆt ph¼ng v« h¹n tÝch ®iÖn ®Òunr
D
r
σ>0
∫∫∫∫∫∫ +==Φ2d¸ynbªmÆttrômÆt
Sd DSd DSd De
rrrrrr
0Sd D =∫∫nbªmÆt
rr
S2DSd D Δ=∫∫2day
rr
ΔS
σΔ==Φ ∫∫ SSd De
2d¸y
rr
2
D σ=
εε
σ=
02
E
5.5.3 Gi÷a 2 mÆt ph¼ng v« h¹n tÝch ®iÖn ®Òuσ<0 σ>0 Gi÷a: E ®Òu σ
E
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 288/633
D=0 D= σ D=0
Gi÷a: E ®Òuεε
=0
E
Ngoμi: E=0
5.5.4 MÆt trô v« h¹n tÝch ®iÖn ®Òu
lr
R
D
r
ΔVÏ mÆt trô: qua M, b¸n kÝnh r, cao l
∫∫∫∫∫∫ +==Φ
2d¸ynbªmÆttrômÆt
Sd DSd DSd De
rrrrrr
rl2DSd D π=∫∫nbªmÆt
rr
0Sd D =∫∫2d¸y
rr
lRl2QSd De λ=σπ===Φ ∫∫nbªmÆt
rr
R QD
λ=σ==
n
r
M
Q - §iÖn tÝch trªn mÆt trô
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 289/633
r 2r rl2D
π==
π=
r 2r
R
rl2
QE
000 επελ
=εε
σ=
επε=
Ö Æ ôtrong, cao l
σ -MËt ®é ®iÖn mÆtλ - MËt ®é ®iÖn dμi
6. §iÖn thÕ
6.1 C«ng cña lùc tÜnh ®iÖn. TÝnhchÊt thÕ cña tr− êng tÜnh ®iÖn
q
q0
Nr r
Mr r
sd r
αFr
sd Eq sd FdA 0
r
r
r
r
==sd r
r 4
q q dA
30
0
rr
επε=
2
0
02
0
0
r 4
qdr q cosds
r 4
q q
επε
=α
επε
= ds.cosα=dr
Nr 1qqdrqq
∫Trong ®iÖnt ê ñ
r r
M
N
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 290/633
N
M
M
r r
0
0
r
2
0
0MN |)
r
1(
4
q q
r
dr
4
q q A −
επε
=
επε
= ∫
N0
0
M0
0MN
r 4
q q
r 4
q q A
επε−
επε=C«ng cña lùc tÜnh ®iÖn
tr− êng cña q
=> TÝnh chÊt thÕ
Trong ®iÖn tr− êng bÊt k×
q0 ch ®éng trong ®iÖn tr− êng cña hÖ q1,q2,...qn
∑∑ ==
==n
1ii0
n
1ii Eq FF
rrr
∑∑ == επε−επε=
n
1i iN0
i0
n
1i iM0
i0MNr 4 q q r 4 q q A
C«ng cña lùc tÜnh ®iÖn trong sù dÞch chuyÓn®iÖn tÝch q0 trong ®iÖn tr− êng bÊt k×:• Kh«ng phô thuéc vμo d¹ng cña ®− êng cong
dÞch chuyÓnÓ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 291/633
0sd Eq sd FA 0 === ∫∫ r
r
r
r
•ChØ phô thuéc vμo ®iÓm ®Çu
vμ cuèi cña chuyÓn dêi•=> TÝnh chÊt thÕ:
L− u sè vÐc t¬ c− êng ®é ®tr− êng
däc theo mét ®− êng cong kÝn b»ngkh«ng:
0sd E =∫ rr
6.2 ThÕ n¨ng cña mét ®iÖn tÝch trong ®iÖntr− êng
C«ng b»ng ®é gi¶m thÕ n¨ng dA=-dW
N
N
M
N
M
MMN WWdWdAA ∫ ∫ −=−==M0
0Mr 4
q q W επε=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 292/633
N0
0
M0
0MNr 4
q q r 4
q q Aεπε−επε=
M M∫ ∫ M0
N0
0 N
r 4q q Wεπε
=
C
r 4
q q W
0
0 +
επε
= W∞ = 0 =>C=0
r 4q q W0
0
επε=
r
W
0
q0q>0
q0q<0
∫
∞
= M0M sd Eq W
r
r
ThÕ n¨ng q0 t¹i M trong ®iÖn
tr− êng lμ ®¹i l− îng vÒ trÞ sè b»ng c«ng cña lùc tÜnh ®iÖn
trong sù dÞch chuyÓn q0 tõ M raxa v« cïng
6.3. §iÖn thÕ
6 3 1 §Þ h hÜ W/ kh h h μ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 293/633
6.3.1 §Þnh nghÜa: W/q0 kh«ng phô thuéc vμo
®iÖn tÝch q0 mμ chØ phô thuéc vμo vÞ trÝ trong®iÖn tr− êng vμ ®iÖn tÝch g©y ra ®iÖn tr− êng
§iÖn thÕ t¹i ®iÓm ®ang xÐt cña ®t0q
WV =
r 4
q V
0επε=§iÖn thÕ q g©y ra t¹i r
§iÖn thÕ hÖ qig©y ra t¹i r ∑∑ επε
==i i0
i
ii
r 4q VV
§iÖn thÕ t¹i M trong ®iÖn tr− êng lμ ®¹il− îng vÒ trÞ sè b»ng C«ng cña lùc tÜnh ®iÖn
trong sù dÞch chuyÓn ®¬n vÞ ®iÖn tÝch d− ¬ng tõ M ra ∞
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 294/633
∫∞
=M
M sd EV r
r
AMN=WM-WN=q0(VM-VN)
M ra ∞
C«ng dÞch chuyÓn q0 tõ M ->N:
6.3.2 ý nghÜa
0
MN
NM q
AVV =−
q0=+1 => VM-VN=AMN HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a 2 ®iÓm M,N = C«ng cña
lùc ®iÖn tr−
êng dÞch chuyÓn ®¬n vÞ ®iÖn tÝchd− ¬ng tõ M->N.VM-V∞=AM∞ -> VM = AM∞
§iÖn thÕ t¹i ®iÓm M = C«ng dÞch chuyÓn ®¬nvÞ ®iÖn tÝch d− ¬ng tõ M-> ∞.
• §iÖn thÕ t¹i 1 ®iÓm trong ®iÖn tr− êng cña hÖ®i Ý h d
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 295/633
®iÖn tÝch: dq
Mr r
dV∫∫ επε==
thÖC¶thÖC¶ d 0d r
dq
4
1dVV
thø nguyªn V lμ v«n
7. MÆt ®¼ng thÕ
7.1. §Þnh nghÜa: Quü tÝch cña nh÷ng ®iÓm cãcïng ®iÖn thÕ. V = C =const
§iÖn tÝch ®iÓm: r = const7.2. TÝnh chÊt mÆt ®¼ng thÕ: C«ng cña lùc ®iÖn tr− êng dÞch chuyÓn q0:
AMN=q0(VM-VN)=0 (M,N trªn mÆt ®t)
VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng t¹i mét ®iÓm trªnmÆt ®t lu«n vu«ng gãc víi mÆt ®t t¹i ®iÓm ®ã
⊕
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 296/633
mÆt ®t lu«n vu«ng gãc víi mÆt ®t t¹i ®iÓm ®ã0sd Eq dA
0 ==
r
r
0sd E =r
rE
r
sd r C¸c mÆt ®¼ng
thÕ kh«ng c¾t nhau
sd Eq dA 0
r
r
=
8. Liªn hÖ gi÷a vÐc t¬ c− êng ®é
®iÖn tr− êng vμ ®iÖn thÕ V V+dV
nr
sd r
Er
sEdA=q0[V-(V+dV )]=-q0dV
dVsd E −=r
r
20cos π>α→<α
α
VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êngtheo chiÒu gi¶m ®iÖn thÕ
dVdsEs −==αEdscos
0Edscos0dV <α→>
dsdVEs −=→
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 297/633
H×nh chiÕu vÐc t¬ c−
êng ®é ®iÖn tr−
êng trªnmét ph− ¬ng nμo ®ã cã trÞ sè b»ng ®é gi¶m ®iÖnthÕ trªn ®¬n vÞ dμi cña ph− ¬ng ®ã
z
VE;
y
VE;
x
VE zyx
∂
∂−=
∂
∂−=
∂
∂−=
zyx Ek E jEiErrrr
++=)
z
Vk
y
V j
x
Vi(E
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂−=
rrrr
Vgrad E −=r
HÖ thøc
VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng t¹i mét ®iÓm
b»ng vÒ gi¸ trÞ nh− ng ng− îc chiÒu víi gradiencña ®iÖn thÕ t¹i ®iÓm ®ã
En lμ
h×nh chiÕu cña trªn ph¸p tuyÕnE
r
EdV
E ==®èi víi mÆt
α== cosEdV
E
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 298/633
E
dn
En =−=®¼ng thÕ:
|dn
dV||
ds
dV| ≤ §iÖn thÕ biÕn thiªn nhiÒu nhÊt
theo ph¸p tuyÕn víi mÆt ®¼ng thÕ
α=−= cos.Eds
sE
ø ng dông
a, HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai mÆt ph¼ng song song tÝch ®iÖn ®Òu
V1
++
+
V2
--
-
dd VVE 21 −= εεσ=
0E εεσ=−
021 d VV
d=1m, V1-V
2=1v«n ->E=1V/m
V/m lμ c− êng ®é ®iÖn tr− êng trong §T ®ång tÝnhmμ hiÖu ®iÖn thÕ trªn mçi m lμ 1v«n
b,HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai mÆt cÇu mang ®iÖn ®Òuqdr EdrdV ==
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 299/633
2
0 r 4
Edr dV
επε
==−
R1 R2
r)R
1
R
1(
4
q
r 4
qdr VV
210
R
R 2
0
21
2
1
−επε
=επε
=− ∫
c, HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®iÓm trong ®iÖn
tr− êng cña mÆt trô tÝch ®iÖn ®Òu
1
2
0
R
R
21
R
R ln
l2
QEdr VV
2
1 επε
==− ∫
r 2r
R
lr 2
QE
000 επελ
=εεσ
=επε=
RRR λσ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 300/633
1
2
01
2
0 R
R
ln2R
R
ln
R
επε
λ
=εε
σ
=
21
21
02010 r r
r r
4
q
r 4
q
r 4
q
V
−
επε=επε+επε
−
=
d, VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng
g©y bëi l− ìng cùc ®iÖn
⊕lr
--q q
αr
dsd =α
r1 r r2
αE
r
r E
r
Er
MLÊy -q lμm gèc
α+= EEE r
rrr
r r lcosα vμ r r ≈r2
ds
⊕l
r
--q q
r r
α
To¹ ®é cùc
ph©n tÝch
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 301/633
r1 -r2=lcosα vμ r1r2≈r2
20
e2
0 r 4
cos p
r
cosl
4
q Vεπε
α=αεπε
=
12cos33r 04e
p2E2r EE +αεπε=α+=
30
e
r r 4
cos p2
r
V
E επε
α
=∂
∂
−=
30
e
r 4
sin p
r
V
E επε
α
=α∂
∂
−=α
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 302/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËtTr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 303/633
Ch− ¬ng II
VËt dÉn
Kim lo¹i: h¹t dÉn lμ c¸c ®iÖn tö tù do
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 304/633
1. §iÒu kiÖn c©n b»ng tÜnh ®iÖn, TÝnh chÊt cña
vËt dÉn mang ®iÖn1.1. §iÒu kiÖn c©n b»ng tÜnh ®iÖn:
VÐc t¬ c−
êng ®é ®iÖn tr−
êng trong vËt dÉnb»ng kh«ng: Thμnh phÇn tiÕp tuyÕn cña vÐc t¬ c− êng ®é
®iÖn tr− êng trªn bÒ mÆt vËt dÉn b»ng kh«ng:
0E tr =r
0E t =r
nEErr
=
0r
1.2. TÝnh chÊt cña vËt dÉn mang ®iÖn
VËt dÉ lμ Ët ®¼ thÕ N
.M
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 305/633
0E tr = VËt dÉn lμ vËt ®¼ng thÕ
0sd Esd EVV N
M
t
N
M
NM ===− ∫∫ r
r
r
r
.N
§iÖn tÝch chØ ph©n bè trªn bÒ mÆt cña vËt
dÉn bªn trong vËt dÉn ®iÖn tÝch b»ng 00Sd Dq S
i ==∑ ∫ rr
0ED 0 =εε= rr
v×
∑ iq
S
1.3 ø ng dông
Lång Faraday 0E =r
M¸y ph¸t tÜnh ®iÖn WandeGraf HiÖu øng mòi nhän, giã ®iÖn:
VÐc t¬ c−
êng ®é ®iÖn tr−
êng lu«nvu«ng gãc víi bÒ mÆt vËt dÉn.
Er
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 306/633
Gi¶i phãng ®iÖn tÝch trªn m¸ybay, phãng ®iÖn b¶o vÖ m¸y®iÖn, cét thu l«i
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 307/633
§iÖn h− ëng mét phÇn vμ ®iÖn h− ëng toμn phÇn
B
V
−−
−−
− − −
−−
q
q’
A+ +++ ++ §iÖn h− ëng mét phÇn q’< q
§iÖn h− ëng toμn phÇn q’= q
3. §iÖn dung cña vËt dÉn c« lËpQ
Q ~ VC - HÖ sè tû lÖ gäi lμ ®iÖn dung=> Q=CVVQC =
V 1 C Q ã i¸ Þ b» ®i Ý h Ç
R
A mang ®iÖn tÝch, B chÞu ®iÖn h− ëng+
+
+
+
+
+ +
+
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 308/633
V=1 => C=Q cã gi¸ trÞ b»ng ®iÖn tÝch cÇntruyÒn cho vËt ®Ó ®iÖn thÕ cña nã t¨ng thªm 1®¬n vÞ
CÇu KL b¸n kÝnh R, Q=1, V=1, C=1F
R 4
QV
0επε=
Von1
Culong1Fara1 =
)m(10.910.86,8.4
1
4
1R
9
120
=π=επε=⇒ −
GÊp 1500 lÇn b¸n kÝnh tr¸i ®Êt!
4. HÖ vËt dÉn tÝch ®iÖn c©n b»ng, tô ®iÖn
4.1. §iÖn dung vμ hÖ sè ®iÖnh− ëng
-1++ ---
q1
V1
+q2V2
HÖ ba vËt dÉn 1 2 3:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 309/633
+2
+
-
-
3++ --q3V3
HÖ ba vËt dÉn 1, 2, 3:
§iÖn tÝch q1, q2, q3
§iÖn thÕ t− ¬ng øng: V1, V2, V3
q1=C11V1+C12V2+C13V3q2=C21V1+C22V2+C23V3
q3
=C31
V1
+C32
V2
+C33
V3
C11 C12 C13Cik = C21 C22 C23
C31 C32 C33
Ci=k §iÖn dung; Ci≠k hÖ sè ®iÖn h− ëng cã tÝnht− ¬ng hç nªn Cik = Cki. NÕu cã n vËt dÉn th×
i,k=1, 2,...,n.4.2. Tô ®iÖn: Gåm hai vËt dÉn cã
t− ¬ng t¸c ®iÖn h− ëng toμn phÇn
B
−−− −
q1
+ +a. TÝnh chÊt I: q1+q2=0 +
+ ++S
Cik ®èi xøng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 310/633
B
− − − −−q2 A
+
+
++ ++
a. TÝnh chÊt I: q1+q2 0
+++
+
++q2’
0q q Sd D 21
S
=+=∫ rr
b.TÝnh chÊt II:
q1=C11V1+C12V2
q2=C21V1+C22V2
q1=C11V1+C12V2
-q1=C21V1+C22V2
q1=C(V1-V2)
q2=-C(V1-V2)C lμ ®iÖn dung cña tô ®iÖn;q1>0 ,C>0=>V1>V2
Chøng minh: Nèi vá ngoμi B víi ®Êt q2’=0 :
(C11+C21)V1+(C12+C22)V2=0
C11=-C21 vμ C22=-C12
C11 =C22 = C vμ C21 = C12=-C U hiÖu ®iÖn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 311/633
C11 C22 C vμ C21 C12 C
c.TÝnh chÊt III: q = q1=- q2
q = C(V1-V2)=CU
U hiÖu ®iÖn
thÕ gi÷a 2b¶n cùc tô
a.Tô ®iÖn ph¼ng +Q -Q+
+++
-
---
Sdεε
σ
==−= 021
d .
d .EVVU
S
d .Q
S
Sd .U
00 εε=
εεσ
=d
SC 0εε
=⇒
b. Tô ®iÖn cÇu
R1
R2)R
1
R
1(
4
QVVU
21021 −
επε=−=
12
210
R R
R R 4
U
QC
−
πεε==⇒
c. Tô ®iÖn trô2
21R
R ln
l2
QVVU =−=
V1 V2
R
lR1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 312/633
10
21R l2 επε
1
2
R R
0
ln
l2UQC πεε==⇒
R2l
R
d
R
R R )
R
R R 1ln(
R
R ln
1
12
1
12
1
2 =−
≈−
+=
d
S
d
R .l2C 00 εε
=πεε
=⇒
§iÖn dung C cña tô ®iÖn bÊt kú ~ thuËn ε & Svμ ~ nghÞch d.
d. Mét sè lo¹i tô ®iÖn ®ang sö dông•Tô ®iÖn kh«ng khÝ thay ®æi
®− îc ®iÖn dung•Tô ®iÖn giÊy, Kim lo¹i
kim lo¹i
GiÊy c¸ch ®iÖn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 313/633
tô dÇuGiÊy c¸ch ®iÖnGiÊy c¸ch ®iÖn
GiÊy c¸ch ®iÖnKim lo¹i
•Tô ®iÖn ho¸ (®iÖn ph©n)
C ~ 100μF, U ~ 40V, Ph©n cùc Al2O3
cì 2μm
Al- +
Dung dÞch lo·ng bicab«nat phèt phat
5. N¨ng l− îng ®iÖn tr− êng
5.1. N¨ng l− îng t− ¬ng t¸c cña mét hÖ®iÖn tÝch ®iÓm
HÖ 2 ®iÖn tÝch ®iÓm q1 vμ q2 r
q q
4
1W 21
0επε=
12
212112
q q
1q q
1Wrrr +=⇒==
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 314/633
1202
21012112
r 4
q
2r 4
q
2
Wr r r
επε
+
επε
=⇒==
)Vq Vq (2
1W 2211 +=
∑=
=+++=n
1iiinn2211 Vq
21)Vq ...Vq Vq (
21W
HÖ n ®iÖn tÝch ®iÓm q1, q2...,qn
5. 2. N¨ng l− îng ®iÖn cña mét vËt dÉn c«lËp tÝch ®iÖn
Chia vËt dÉnthμnh c¸c ®iÓm
®iÖn tÝch dq
∫∫ === qV2
1dq V2
1Vdq 2
1W
C
q
2
1CV
2
1qV
2
1W
22 ===
5. 3. N¨ng l− îng cña tô ®iÖn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 315/633
HÖ n vËt dÉn cã q1, q2...,qnvμ ®iÖn thÕ t− ¬ng øng V1, V2...,Vn
∑=
= n
1iiiVq
21W
)Vq Vq (2
1W
2211 +=
Tô ®iÖn - hÖ 2 vËt dÉn
q1=- q2 qU
2
1)VV(q
2
1W 21 =−=
22
CU2
1
C
q
2
1qU
2
1W ===
5.4. N¨ng l− îng ®iÖn tr− êngTô ®iÖn cã thÓ tÝch kho¶ng gi÷a 2b¶n ΔV=S.d
d SC 0εε=VE
21
d d U
d S
21W 2
020 Δεε=εε=
− −
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 316/633
MËt ®é n¨ng l−
îng ®iÖn tr−
êng: 20e E
21
VW εε=Δ
=ϖ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 317/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËtTr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 318/633
Ch−
¬ng III§iÖn m«i
Trong ®iÖn m«i kh«ng cã ®iÖn tÝch tù do, c¸c ®iÖn tÝch hÇu nh− cè ®Þnh t¹i chç,
chóng chØ cã thÓ dÞch chuyÓn kho¶ng c¸chrÊt nhá quanh vÞ trÝ cè ®Þnh.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 319/633
q Þ Þ
1.1. HiÖn t − îng ph©n cùc ®iÖn m«i: Trªnthanh ®iÖn m«i B xuÊt hiÖn c¸c ®iÖn tÝch trong
®iÖn tr−
êng
1. Sù ph©n cùc cña chÊt ®iÖn m«i
Trªn thanh ®iÖn m«i ®iÖntÝch xuÊt hiÖn ë ®©u ®Þnh xø t¹i
®ã -> gäi lμ ®iÖn tÝch liªn kÕt
- -
---
+ +++ +
§iÖn tÝch liªn kÕt sinh ra ®iÖn tr− êng phô E’
'Er
0E
r
'EEE 0
rrr
+=§iÖn tr− êng trong ®iÖn m«i:1.2. Ph©n tö kh«ng ph©n cùc vμ ph©n tö ph©n cùc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 320/633
a. Ph©n tö kh«ng ph©n cùc: T©m ®iÖn tÝch ©mvμ t©m ®iÖn tÝch d− ¬ng trïng nhau
b. Ph©n tö ph©n cùc: Khi ch− a cã ®iÖn tr− êngngoμi t©m cña hai lo¹i ®iÖn tÝch ®· kh«ng trïng
nhau ->
Ph©n tö kh«ng ph©n cùc: H2, N2, CCl4
Ph©n cùc trong ®iÖn tr− êng ngoμi:E p 0e
r
r
αε=
-
+- +α ®é ph©n cùc
H2O, NH3, CH3Cl, NaCl v.v..
§iÖn tr−êng ngoμi kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ®é
+--
-- ei p
r
e p
r
+- -- -
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 321/633
§iÖn tr− êng ngoμi kh«ng ¶nh h− ëng ®Õn ®élín cña mμ chØ cã thÓ lμm ®Þnh h− íng nãtheo t¸c dông cña ®iÖn tr− êng
e pr
1.3. Gi¶i thÝch hiÖn t − îng ph©n cùc
§iÖn m«i gåm c¸c ph©n tö ph©n cùcPh©n cùc trong
®iÖn tr− êngngoμi
E
r0Pe
=r
0Pe ≠r
§iÖn m«i gåm c¸c ph©n tö kh«ng ph©n cùc:D− íi t¸c dông cña ®iÖn tr− êng ngoμi c¸c ph©ntö bÞ ph©n cùc thμnh c¸c l− ìng cùc ®iÖnVÐc t¬ ph©n cùc = tæng hîp cña c¸c vÐc t¬
++
++
-- -
-
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 322/633
Trªn mÆt giíi h¹n xuÊt hiÖn ®iÖn tÝch liªn kÕt
p ù g îp
ph©n cùc cña c¸c ph©n tö.
§iÖn m«i lμ tinh thÓ ion: hai m¹ng ion +,- dÞch
®i víi nhau d− íi t¸c dông cña ®iÖn tr− êng
A+
B-
2. VÐc t¬ ph©n cùc ®iÖn m«i
A+
B-
Er 0Pe ≠
r
§Þnh nghÜa: §¹i l− îng ®ob»ng tæng c¸c m«men l− ìng p
n
ei∑r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 323/633
cùc ®iÖn cña mét ®¬n vÞ thÓtÝch: V
P 1ie
Δ=
∑=
r
En pnP 00e0e
r
r
r
αε== EP e0e
rr
χε=
kT3 pnn0
2e0
0eε
=α=χ
HÖ sè ph©n cùc ®iÖn m«i χe kh«ng thø nguyªn, kh«ng phô thuéc vμo E.
§èi víi ®iÖn m«i cã ph©n tö ph©n cùc víi ®iÖn tr− êng
ngoμi yÕu:
Khi E lín P tiÕn tíi b·o
e0e
e pnV
pnP
r
r
r
=Δ
=⇒nhaunh− e
pr
P e
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 324/633
Khi E lín P e
tiÕn tíi b·ohoμ v× c¸c vÐc t¬ ph©n cùc®Òu song theo ®iÖn tr− êng. E
2.2. Liªn hÖ gi÷a vÐc t¬ ph©n cùc ®iÖn m«i víi
mËt ®é ®iÖn mÆt cña c¸c ®iÖn tÝch liªn kÕt
V
| p|
|P|P
n
1i
ei
eeΔ
==
∑=
r
r
+-
+-+-
ePr
nr
α
-σ’ +σ’
ΔSL
SL'| p|
n
1iei Δσ=∑
=
r
Δ V=ΔS.Lcosα α
σ=
cos
'Pe σ’=P e.cosα=P en
MËt ®é ®iÖn tÝch σ’cña c¸c ®iÖn tÝch liªn kÕt trªnmÆt giíi h¹n cña khèi §M cã trÞ sè b»ng h×nh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 325/633
mÆt giíi h¹n cña khèi §M cã trÞ sè b»ng h×nhchiÕu cña vÐc t¬ ph©n cùc ®iÖn m«i lªn ph¸ptuyÕn mÆt ®ã
3. §iÖn tr− êng tæng hîp trong ®iÖn m«i
+
++
+
-
--
-
+σ’
++
+
-σ’
--
-
0E
r
'Er
'EEE 0
rrr
+=
3.1. §iÖn m«i trong ®iÖn tr− êng E0
σ’xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt
E = E0-E’
σ’=P en=ε0χeEn= ε0χeE
E’=σ’/ ε0= χeE E=E0-χeE
E=E0 /(1+χe)= E0 / ε
1+χe= ε
C− êng ®é ®iÖn tr− êng trong ®iÖn m«i gi¶m ®i ε
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 326/633
g Ö g g Ö g
so víi trong ch©n kh«ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 327/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 328/633
• P e phô thuéc vμo E: P t¨ng tíi b·o hoμ
P e
E
e0 PEDrrr
+ε=
EbE>Eb => P e b·o ho
μ
=> D ~E
• §−
êng cong®iÖn trÔ: chØ cã
ë XÐc nhÐt®iÖn kh«ng cã
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 329/633
ë ®iÖn m«ith− êng
• MiÒn ph©n cùc tù nhiªn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 330/633
5. HiÖu øng ¸p ®iÖn
5.1. HiÖu øng ¸p ®iÖn thuËn: Khi nÐn
hoÆc kÐo gi·n xÐc nhÐt ®iÖn -> ph©ncùc ®iÖn m«i: xuÊt hiÖn ®iÖn tÝch tr¸i
dÊu trªn mÆt
+++
---
---
+++
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 331/633
+ -- +
5.2. HiÖu øng ¸p ®iÖn nghÞch: ChÞu t¸c
dông ®iÖn tr− êng => biÕn d¹ngøng dông: §Çu dß thu ph¸t siªu ©m
d ~ U,f
f 2
c
2d =
λ=
Hzd
10.5,2~)mm(d 2
)s/mm(10.5d 2cf
66==
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 332/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËtTr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 333/633
Ch− ¬ng IV
Tõ tr − êng kh«ng ®æi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 334/633
I. Dßng ®iÖn kh«ng ®æi
1. B¶n chÊt dßng ®iÖn: dßng c¸c h¹t ®iÖnchuyÓn ®éng cã h− íng, chiÒu cña h¹t
d− ¬ng
-
--
-
- -
-
- -
Er
I
--
-
-
-e
e ee
e
+
+ +
+ +
+
+
+
+
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 335/633
Trong kimlo¹i Trong dungdÞch ®iÖn ph©n Trong chÊtkhÝ
2. Nh÷ng ®¹i l− îng ®Æc tr− ng :
• C− êng ®é dßng ®iÖn= ®iÖn l− îng qua S/s
dt
dq I = ItIdtdq q
t
0
t
0
===
∫∫1C=1A.1s
• VÐc t¬ mËt ®é dßng ®iÖn
tai ®iÓm M cã gèc t¹i M,chiÒu chuyÓn ®éng h¹t
d− ¬ng, gi¸ trÞdI
dSn
Jr
M
Sd JJdSdI n
rr==rr2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 336/633
ndSJ = ∫∫ ==SS
Sd JdIIA/m
èng dßng ®iÖn: n0, |e|, , dSnv
dSn
Jr+ v
r
+Sè h¹t ®iÖn ®i qua dSn trongmét ®¬n vÞ thêi gian:
)dSv(ndn n0=
)dSv(n|e|dn|e|dI n0==v|e|ndS/dIJ 0n ==
venJ 0rr =
rr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 337/633
Dßng nhiÒu lo¹i h¹t: ∑= iiii0 venJ
3. §Þnh luËt Ohm ®èi víi mét ®o¹n m¹ch
®iÖn trë thuÇnA B
V1 > V2
E
r
Ir
I=(V1 -V2)/R
§é dÉn cña ®o¹n m¹ch:g=1/R
• §iÖn trë vμ ®iÖn trë suÊt: R=(V1 -V2)/IΩ=V/AR=ρl/Sn
• D¹ng vi ph©n ®ÞnhluËt Ohm dS
V V+dVEr
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 338/633
dI=[V-(V+dV)]/R=-dV/R nJdlR=ρdl/dSn
)dl
dV(
1
dS
dIJ
n
−ρ
== EJ σ= EJ
rrσ=
T¹i mét ®iÓm bÊt k× cã
dßng ®iÖn ch¹y qua: E~J
rr
• SuÊt ®iÖn ®éng
Nguån ®iÖn: Duytr× cùc d− ¬ng, ©m
+-
-
+
-
=>Lùc l¹ ®Èy ®iÖn tÝch trong nguån: T − ¬ng
C
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 339/633
t¸c ph©n tö, c¶m øng ®iÖn tõ, lùc ®iÖn tõ =>Tr− êng l¹
• SuÊt ®iÖn ®éng cña nguån ®iÖn:
lμ ®¹i l− îng cã gi¸ trÞ b»ng c«ng cña lùc®iÖn tr− êng dÞch chuyÓn ®iÖn tÝch +1 mét
vßng quanh m¹ch kÝn cña nguån ®ã.
q /A=ζ ∫ +=
C
sd )*EE(q A rrr
Er
*ErVÐc t¬ c− êng ®é tr− êng tÜnh ®iÖnVÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng l¹
∫ ∫* rrrr
∫ rr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 340/633
∫ ∫+==ζC C
sd Esd Eq /A 0sd EC
=∫
Trong pin t¹i bÒ mÆt ®iÖn
cùc cã hiÖu thÕ nh¶y vät:S§§ trong pin=tæng c¸c
SuÊt ®iÖn ®éng cña nguån
®iÖn =L− u sè cña tr− êng l¹
SuÊt ®iÖn ®éng cña nguån ®iÖn: lμ ®¹i
l− îng cã gi¸ trÞ b»ng c«ng cña lùc ®iÖntr− êng l¹ dÞch chuyÓn ®iÖn tÝch +1 mét
vßng quanh m¹ch kÝn cña nguån ®ã.
∫=ζ
C
* sd E rr
+-
v
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 341/633
hiÖu ®iÖn thÕ nh¶y vät ΔV ΔV ΔV
1. T − ¬ng t¸c tõ cña dßng ®iÖn, ®Þnh luËt Ampe
1.1. ThÝ nghiÖm vÒ t− ¬ng t¸c tõ T − ¬ng t¸c tõ
T − ¬ng t¸c tõ cña dßng ®iÖn
+-
+-
+-
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 342/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 343/633
3000
r
)r lId (ld I.
4
rrrr ××
π
μ=0Fd
Trong m«i tr− êng: 3000r
)r lId (ld I.4
rrrr ××
π
μμ=Fd
μ - H»ng sè tõ m«i hay ®é tõ thÈm tû ®èi cñam«i tr− êng nãi lªn kh¶ n¨ng dÉn tõ μKK≈1; μFe
rÊt lín
§Þnh luËt Ampe lμ ®Þnh luËt c¬ b¶n trong t− ¬ngt¸c tõ (t − ¬ng øng §/L Cul«ng trong t − ¬ng t¸c
®iÖ )
00000 sin.dlI|nld I| θ=× rrθ=× sinr .Idl|r lId | rr
BiÓu thøc:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 344/633
®iÖn)§óng víi t− ¬ng t¸c gi÷a c¸c dßng ®iÖn h÷u h¹n
2.VÐc t¬ c¶m øng tõ vμ vÐc t¬ c− êng ®é tõ
tr− êng2.1. Kh¸i niÖm vÒ tõ tr− êng:• T − ¬ng t¸c gi÷a c¸c dßng thùc hiÖn nh− thÕ nμo?• Cã 2 thuyÕt: ThuyÕt t− ¬ng t¸c xa, vμ ThuyÕtt− ¬ng t¸c gÇn
ThuyÕt t− ¬ng t¸c xa: Kh«ng th«ng qua m«i tr− êngnμo, tøc thêi vtt =∞, Dßng ®iÖn kh«ng g©y biÕn ®æi
m«i tr−
êng => Tr¸i víi tiÒn ®Ò AnhxtanhThuyÕt t− ¬ng t¸c gÇn: Dßng ®iÖn lμm m«i tr− êngxung quanh biÕn ®æi, g©y ra mét tõ tr− êng lan
Ò íi Tõ ê © õ l lª dß ®iÖ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 345/633
truyÒn víi v=c, Tõ tr− êng g©y tõ lùc lªn dßng ®iÖnkh¸c vtt =c; §óng
3000
r )r lId (ld I.
4
rrrr
××πμμ=Fd
2.2. VÐc t¬ c¶m øng tõ
Tr− êng tÜnh ®iÖn, lùc t− ¬ng t¸c tÜnh ®iÖn
3
0
0 r
r q .q .
4
1 r
r
επε
=F 3
00 r
r .q .
4
1
q
F rr
r
επε
==⇒ E
Lùc t− ¬ng t¸c tõ cña 2 dßng ®iÖn
g©y ra tõ tr− êngvíi vÐc t¬ c¶m øngtõ
lId r
0 rlId
rrr
Bd
θlId r
Bd r
r
r
P
O M
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 346/633
30
r r lId .4 ×πμμ=Bd
θlId r
Bd r
r r
P
O M
§Þnh lý Bi«-xava-Laplatz:
Bd
r
do g©y ra t¹i M c¸ch lμmét vÐc t¬ cã:
lId
r
r
r
Gèc t¹i M Ph− ¬ng ⊥ P chøa vμBd
r r rlId r
BdldIFd 00
rrr
Bdvμ
rrr
r ,ld ChiÒu sao cho 3 vÐc t¬ theo thø tù ®ã hîp thμnh tam diÖn thuËn
Qui t¾c vÆn ren ph¶i: ChiÒu vÆn cña tõ tr−
êng,ChiÒu tiÕn cña dßng ®iÖn
20sinIdl θμμ
dB Gi¸ t Þ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 347/633
Bd ld IFd 00 ×=⇒20r .4π=dBGi¸ trÞ
2.3. Nguyªn lý chång chÊt tõ tr− êng
∑n
BBBBBrrrrr
B
r
Bd rVÐc t¬ c¶m øng tõ do mét dßng ®iÖn bÊt kú
g©y ra t¹i M b»ng tæng c¸c vÐc t¬ c¶m øng tõ
do tÊt c¶ c¸c phÇn tö nhá cña dßng ®iÖn g©y ra:∫= Bd B
rr
c¶ dßng ®iÖn
VÐc t¬ c¶m øng tõ do nhiÒu dßng ®iÖn g©y ra
Trong c¸c bμi to¸n cô thÓ: X¸c ®Þnh ph− ¬ng, chiÒu b»ng h×nh vÏ.
TÝnh tÝch ph©n x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña B.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 348/633
∑=
=+++=1i
in21 BB....BBB
2.4. VÐc t¬ c− êng ®é tõ tr− êng
VÐc t¬ c¶m øng tõ chøa μ nªn mËt ®é ®− êng søcthay ®æi => VÐc t¬ c− êng ®é tõ tr− êng kh«ng
phô thuéc vμo m«i tr− êng:μμ
=0
BH
r
r
2.5. ø ng dông:
a, C¶m øng tõ cña mét dßng ®iÖn th¼ng
R
r r
θ
2θ
θ
×Br
∫ θ
π
μμ
= AB2
0
r
sindl
.4
I
B
ldl
B
θ
θ
θ 2sin
Rd
dlgcotR
l
θsin
R
r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 349/633
1θA
θ=⇒θ= 2sindlgcotR θ= sinr
2
1
2
1
|)cos(R 4
I
R
sind .
4
I 00 θθ
θ
θ
θ−π
μμ=
θθ
π
μμ=
∫B
)cos(cos
R 4
IB 21
0 θ−θ
π
μμ=
Dßng ®iÖn th¼ng dμi v« h¹n:θ1=0, θ2=π
,R 2
IH,R 2
IB 0
π=
πμμ=
m1A1H =I=1A, 2πR=1m
A/m lμ c− êng ®é tõ tr− êng sinh ra trong ch©nkh«ng bëi mét dßng ®iÖn ch¹y qua mét d©y dÉn
th¼ dμ
i « h thiÕt diÖ t ß t i ¸ ®iÓß ß ®å íi d ã h i lμ 1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 350/633
th¼ng d i v« h¹n, thiÕt diÖn trßn t¹i c¸c ®iÓmtrªn vßng trßn ®ång trôc víi d©y cã chu vi lμ 1m
b, Dßng ®iÖn trßn
2ld
r
2Bd
r
R
h
2
122 )hR (r +=
Bd r
β= cosdB2dB 1
1ld r
1Bd r
r rr
rβ
r
R cos =β
2
0
r
sinIdl.
4
θ
π
μμ=
1
dB
1
2
sinsin =π
=θ
2/3220
)hR (
R .Idl.
2 +π
μμ=dB
2/322
20
R
0
2/3220
)hR(2
R Idl
)hR(2
IR
+π
πμμ=
+π
μμ= ∫
π
B
2/322m0
)hR (2
PB
+π
μμ=
rr
nr
n.SS rr
=
SIP
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 351/633
0 )hR (2)hR (2 +π+π SIPmrr =
c, H¹t ®iÖn chuyÓn ®éng
30
r
r lId .
4
rrr ×
π
μμ=Bd
do phÇn tö dßng ®iÖn
+ld r
dlSndVndn n00 ==
3n0
0
r .dlSn
r lId .
4dn
rrrr ×πμμ
==Bd
Bq
n0n vS|q |n jSI ==
30
r
r vq .
4
rrr ×
π
μμ=qB
v
dl
lvd rr
=
q Br
v
r
r r
Bd r
q>0 qBr vq r r r
theo thø tù ®ã hîp thμnhtam diÖn thuËn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 352/633
+ -Irv tam diÖn thuËn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 353/633
⊕
§Æc ®iÓm: ®− êng c¶m øng tõ lμc¸c ®− êng kÝn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 354/633
3.2. Tõ th«ng dS
Br
Sd Bd m
rr=Φ
n.dSSd rr
= nrαgöi qua diÖn tÝch dS lμ ®¹i l− îng
Br
VÐc t¬ c¶m øng tõ,nnm BdSdSBcosBdSd ==α=Φ
dSn
Tõ th«ng göi qua diÖn tÝch S Sd BS
m
rr
∫=Φ
Tõ tr− êng ®Òu göi vu«ng gãc qua diÖn tÝch S
BSdSBdSBSS
m ===Φ
∫∫ )Tesla(T1m/Wb1m1
Wb1
SB 2
2m ===
Φ=
Tesla lμ c¶m øng tõ cña mét tõ th«ng ®Òu 1vebe
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 355/633
Tesla lμ c¶m øng tõ cña mét tõ th«ng ®Òu 1vebexuyªn vu«ng gãc qua diÖn tÝch ph¼ng 1m2
3.3. TÝnh chÊt xo¸y cña tõ tr− êng: C¸c ®− êng
søc cña tõ tr− êng lμ c¸c ®− êng cong khÐp kÝn3.3. §L «xtr«gratxki-Gauox
Snr
'α 0Sd BS
=∫ rr
V
0dVBdivSdB ∫∫ ==
rrr
0Bdiv =
r
Tõ th«ng toμn phÇn göiqua mÆt kÝn bÊt kú th×b»ng kh«ng
nr α
D¹ng tÝch ph©n
D i h
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 356/633
0dVBdivSd BVS ∫∫ == 0Bdiv =D¹ng vi ph©n
4. L− u sè cña vÐc t¬ c− êng ®é tõ tr− êng,
§Þnh luËt Ampe vÒ dßng ®iÖn toμ
n phÇn:
o
C
H
rld r
I
P
)ld ˆHcos(Hdlld HCC∫∫ = rrrr
L− u sè cña vÐc t¬ c− êng®é tõ tr− êng däc theo®− êng cong kÝn (C) lμ ®¹il− îng vÒ trÞ sè b»ng tÝchph©n däc theo®− êng cong ®ã:
ld H rr
§Þnh luËt Ampe
vÒ dßng ®iÖn toμnphÇn:
∫∫∫ α=α= dIrdIldH rrr2
IH
π
=
ˆ
αd
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 357/633
∫∫∫ απ
=απ
=CCC
d 2Ird
r 2Ild H rrr 2π α= rd )ld Hcos(dl
rr
• C bao quanh dßng ®iÖn:
π=α∫ 2d
C
Ild HC
=∫ rr
• C kh«ng bao quanh dßng ®iÖn:
ϕΔ b a
2
1∫ ∫∫ α+α=α
2a1
d
C
d
2b1
d
0)( =ϕΔ−+ϕΔ=
0ldH =∫ rr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 358/633
0ld HC
=∫
∑∫ =i
i
C
Ild Hrr
Tæng qu¸t
L− u sè cña vÐc t¬ c− êng ®é tõ tr− êng däc theo®− êng cong kÝn bÊt kú (1 vßng) b»ng tæng ®¹i sè
c¸c dßng ®iÖn xuyªn qua diÖn tÝch giíi h¹n bëi®− êng cong ®ã.
ChiÒu d− ¬ng cña dßng ®iÖn theo qui t¾c vÆn renph¶i: ChiÒu vÆn - chiÒu lÊy tÝch ph©n, chiÒu tiÕn-
chiÒu dßng ®iÖn.321
C
IIIld H +−=∫ rr
C
I
C
I1 I2 I3
I2ldH =∫ rr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 359/633
CC0ld H =∫
rrI2ld HC
=∫
4.3. ø ng dông TÝnh c− êng ®é tõ tr− êng
nIld HC
=∫ rr
4.3.1. TÝnh c− êng ®é tõ tr− êng tai mét ®iÓm bªntrong cuén d©y h×nh xuyÕn: n vßng d©y
nIdlHC
=∫H.2πR=nI
R 2nIHπ
=R 2nIB 0
πμμ=
4.3.2. TÝnh c−
êng ®é tõ tr−
êng trong èng d©yInL
nI
R 2
NIH 0==
π=
L
d
RC
N sè vßng d©y trªn 2πR
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 360/633
R=∞ InB 00μμ= L>20dL N sè vßng d©y trªn 2πR
ø ng dông: t¹o tõ tr− êng
I
t
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 361/633
Ph¸ thuû l«i, m×n, bom tõ tr− êng
KÝch næB
t
+ -
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 362/633
GS Vò §×nh Cù
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 363/633
4.4. M¹ch tõ
l
nIB 0μμ
=
S
nIS
nIBS
0
0
m
μμ
=μμ
==Φll
SR
0
m μμ= l
εm=nI suÊt tõ ®éng m
mm
R ε=Φtõ trë
Tõ trë m¾c nèi tiÕp vμ song song còng ®− îc tÝnh
t− ¬ng tù nh− ®èi víi ®iÖn trë
nS
)C(l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 364/633
t ¬ng tù nh ®èi víi ®iÖn trë
5. T¸c dông cña tõ tr− êng lªn dßng ®iÖn
Bd ld IFd 00
rrr
×=
5.1. T¸c dông cña tõ tr− êng lªn phÇn tö dßng®iÖn, lùc Ampe
BlId Fd rrr
×=
lId r
B
r
Fd r
Fd ,B,ld rrr
theo thø tù ®ã hîpthμnh tam diÖn
thuËn.Gi¸ trÞ lùc b»ng:Qui t¾c bμn tay tr¸iBr
ldr
Fd r α= sin.B.IdldFα - gãc gi÷a vÐc t¬ dl vμ vÐc t¬ c¶m øngtõ B
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 365/633
lId tõ B
5.2. T¸c dông t− ¬ng hç gi÷a hai dßng ®iÖn
th¼ng song song dμi v« h¹n I1 I2
d 2
IB 10
1
π
μμ=
d
122 BlIF
rrr
×= d 2
lII
F 210
2 π
μμ
=
2
FrLùc t¸c dông lªn
®o¹n d©y dμi l1B
d=1m, I1=I2=1A => F=2.10-7N/m
§Þnh nghÜa Ampe: Ampe lμ c− êng ®é dßngkh«ng ®æi ch¹y qua 2 d©y th¼ng song song dμi
v« h¹n trong ch©n kh«ng c¸ch nhau 1m g©y ral t¸ d t ª çi d© lμ 2 10 7N
r⊕
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 366/633
¹ g g g ylùc t¸c dông trªn mçi m d©y lμ 2.10-7N
5.3. T¸c dông cña tõ tr− êng ®Òu lªn mét m¹ch
®iÖn kÝn ΔA
D
CB
Br
nr
α
//F
r
'F//
r⊥F
r
'F⊥
r
B
CBr
αα
⊥Fr
'F⊥
r
d
• Tõ lùc t¸c dông lªn AD vμ BC
ssong Δ vμ
ng−
îc chiÒu nhau
F⊥
=I.a.B
I
a
b
b
mP
r
nr
mPr cïng ph− ¬ng vμ chiÒu víi vÐct¬ ph¸p tuyÕn cña ABCD vμ tõ
tr− êng do khung g©y ra
• Tõ lùc t¸c dông lªn AB
vμ
CD vu«ng gãc víi d©yvμ t¹o thμnh ngÉu lùc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 367/633
⊥Fg g g yM«men cña ngÉu lùc μ= F⊥.d
μ= F⊥.d=I.aBb.sinα=ISBsinα
= P m.B.sinα
BPm
rrr×=μ
• N¨ng l− îng t− ¬ng t¸c gi÷a m¹ch ®iÖn vμ tõ tr− êng:Khi khung quay ®i gãc dα, ngÉu lùc thùc hiÖnc«ng: dA= -μdα= -P m.B.sinα dα
DÊu - do gãc gi¶m -> gi¶m n¨ng l− îngNgÉu lùc tõ sinh c«ng ®− a gãc α vÒ 0:
∫α α−=αα−=
0
mm )cos1(BPd )sinBP(A
C«ng nμy b»ng ®é gi¶m n¨ng l− îng cña
khung trong tõ tr− êng:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 368/633
g g gWm(α)-Wm(0) = P m.B.(1-cosα)
Cã thÓ viÕt thμnh:
Wm(α)-Wm(0) = -P m.B cosα-(-P m.B cos0)Wm(α) = -P m.B cosα
B.P)(W mm
rr
−=α5.4. C«ng cña tõ lùc
• B
r
F
r
A’
B’
Tõ lùc t¸c dông lªn AB:F=I.l.B
dA=F.ds=IlBds=IBdS=IdΦm
I-+
A
B
l
dA=IdΦmC«ng cña tõ lùc lμm m¹ch tõ 1->2
)(IId A 1m2m
2
1
m Φ−Φ=Φ= ∫b»ng tÝch I víi ®é biÕnthiªn tõ th«ng qua m¹ch
sd r
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 369/633
1∫ thiªn tõ th«ng qua m¹ch
BlId Fd rrr
×=
6. ChuyÓn ®éng cña h¹t ®iÖn trong tõ tr− êng
⊕
vrB
r
vq lId rr
≡
Bvq FL
rrr
×=Lùc Lorentz:
-vr
Br
LFr
6.1. Lùc Lorentz
α= sin.B.qvF
α - gãc gi÷a vÐc t¬ vËn tèc v vμ vÐc t¬
c¶m øng tõ B
LFr§é lín lùc:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 370/633
g
6.2. ChuyÓn ®éng cña h¹t ®iÖn trong tõ tr− êng
)v,v,v(v zyxr
)B,0,0(Br
)z,y,x(r r
rr
=
B 0 vvv k j
zyx
0
iBv
rrr
rr =×
y
x
Lx
qBvdt
dvmF ==
xy
Ly qBv
dt
dvmF −==
0
dt
dvmF z
Lz ==z
x
y
B
r
Bvq FL
rr
r
×=Lùc Lorentz:
Bvr
r⊥Víi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 371/633
yx v
dt
dvω=
xy
v
dt
dvω−=
m
qB=ω
v0x= v0sinϕ, x0=-v0 cosϕ / ωv0y=v0cosϕ, y0= v0sinϕ / ω
22022
R )v
(yx =ω=+
R
v0=ω
ω
π=
2T
QuÜ ®¹o trßn vu«ng gãc víi Br
)tsin(v
y
)tcos(
v
x0
0
ϕ+ωω
=
ϕ+ωω−=
v0
Br
x
z
y
vx=v0 sin(ωt+ϕ)vy=v0 cos(ωt+ϕ)
§Æt:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 372/633
QuÜ ®¹o trßn vu«ng gãc víi B
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËtTr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 373/633
Ch− ¬ng 5
HiÖn t− îng c¶m øng ®iÖn tõ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 374/633
1831 Faraday: Tõ th«ng qua m¹ch thay ®æi
-> xuÊt hiÖn dßng c¶m øng trong m¹ch1. C¸c ®Þnh luËt vÒ hiÖn t− îng c¶m øng ®iÖn
tõ 1.1.ThÝ nghiÖm Faraday:
B
N
ICIC
• §− a nam ch©m l¹i
gÇn h¬n hoÆc xa h¬n®Òu xuÊt hiÖn dßngc¶m øng.• ChiÒu cña dßng 2lÇn ng− îc nhau.
• Nam ch©m dõng l¹idß ¶ ø 0B↑ B↓
B
N
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 375/633
IC Cdßn c¶m øn =0.B↑ B↓
1.2 §Þnh luËt Lenx
Dßng ®iÖn c¶m øng ph¶i cã chiÒu sao cho tõ tr− êng do nã sinh ra cã t¸c dông chèng l¹i
nguyªn nh©n ®· sinh ra nãQu¸n tÝnh cña m¹ch ®iÖn
1.3 §Þnh luËt c¬ b¶n cña hiÖn t− îng c¶møng ®iÖn tõ: dt -> dΦm ->IC
nr
C«ng cña tõ lùc t¸cdông lªn dßng c¶m øng:dA=ICdΦm lμ C«ng c¶n
Φm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 376/633
C«ng ®Ó dÞch chuyÓn vßng d©y:
dA’=-dA=-ICdΦmN¨ng l− îng cña dßng c¶m øng: dW=εCIC.dt
-> εCIC.dt = -ICdΦm
dtd m
C Φ−=ε
S§§ c¶m øng lu«n b»ng vÒ gÝa trÞ nh− ngng− îc dÊu víi tèc ®é biÕn thiªn cña tõ th«ng göi qua m¹chDÊu - lμ mÆt to¸n häc cña §L LenxΦm->0 trong Δt -> Φm= εC Δt
Φm= 1V.1s=1Wb (vªbe)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 377/633
m g m C
Vªbe lμ tõ th«ng g©y ra trong vßng d©y dÉn
bao quanh nã mét S§§C¦ 1V khi tõ th«ng ®ã gi¶m ®Òu ->0 trong 1 gi©y
1.3. Nguyªn t¾c t¹o dßng ®iÖn xoay chiÒuB
N
nrBr
t α+ω=ϕ gãc gi÷a B&nrr
)α+ω=Φ tcos( NBSm
)α+ωω=Φ
−=ε tsin( NBSdt
d mC
ω=ε NBSmax )tsin(maxC α+ωε=εN lμ sè vßng cña khung d©y
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 378/633
N lμ sè vßng cña khung d©y
1.4. Dßng Fuc«
• Dßng xo¸y do tõ th«ng cña ®iÖn tr− êngxoay chiÒu
• T¸c h¹i: nãng m¸y, tiªu tèn n¨ng l− îngIF=εC /R ->T¨ng R (l¸ máng)->gi¶m I
~ ~
•Lîi: NÊu KL, H·m ®iÖn kÕ, lß vi sãng..
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 379/633
2. HiÖn t− îng tù c¶m
2.1. ThÝ nghiÖm
12V
N
R
K
12V
N
L
K
N chØ ph¸t s¸ng ë U≥70V
M¹ch I: §Ìn § s¸ng, tèi b×nh
th−
êng khi bËt, t¾t KM¹ch II: §ãng K ®Ìn § s¸ng
tõ tõ, ng¾t K -> N vôt s¸ngM¹ch I
M h II
Gi¶i thÝch: BËt K, I↑.
=> Φm qua L ↑,=> dßng tù c¶m trong m¹ch
chèng l¹i viÖc I↑=> cuén L tÝch n¨ng l− îng tõ .
§
§
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 380/633
M¹ch IIé g î g
Ng¾t K, I↓, => Φm qua L ↓
=> SuÊt ®iÖn ®éng tù c¶m εtc > 70 V xuÊt hiÖntrong cuén d©y lμm ®Ìn N vôt s¸ng.
=> dßng tù c¶m trong m¹ch chèng l¹i viÖc I↓=> cuén L gi¶i phãng n¨ng l− îng tõ .
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 381/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 382/633
HÖ sè tù c¶mI
L mΦ= I=1->L=Φm
HÖ sè tù c¶m cña mét m¹ch lμ ®¹i l− îng VL cãgi¸ trÞ b»ng tõ th«ng do chÝnh nã göi qua diÖn
tÝch cña nã khi c− êng ®é dßng trong m¹ch b»ng1®v εtc~L -> L lμ sè ®o møc ®é qu¸n tÝnh cña
m¹ch ®iÖn
A1
Wb1H1 =
Henry lμ hÖ sè tù c¶m cña mét m¹ch ®iÖn kÝnkhi cã dßng 1A ch¹y qua th× sinh ra trong
ch©n kh«ng mét tõ th«ng 1Wb göi qua diÖntÝch cña m¹ch ®ã
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 383/633
tÝch cña m¹ch ®ã
HÖ sè tù c¶m cña mét èng d©y: n, ,S
I
n
InB 000lμμ=μμ=
SI
n
BnS
2
0m lμμ==Φ
Sn
IL
2
0m
lμμ=Φ
=
1H=103
mH=106
μH
3. HiÖu øng bÒ mÆt: Dßng cao tÇn chØch¹y trªn bÒ mÆt cña d©y dÉn
Snl
l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 384/633
I
t
Trong 1/4 chu k× ®Çu dßng I t¨ng, tõ th«ng qua
d©y dÉn t¨ng -> sinh dßng itc cã chiÒu sao cho tõ tr− êng cña nã chèng l¹i -> BÒ mÆt dßng t¨ng ,trong Lâi dßng gi¶m
Br
BrI
↑Br
itc itc
Trong 1/4 chu k× tiÕp I gi¶m, tõ th«ng qua d©ygi¶m -> sinh dßng itc cã chiÒu sao cho tõ tr− êng
cña nã chèng l¹i sù gi¶m cña tõ th«ng dßng mÆtgi¶m m¹nh I lâi gi¶m yÕu h¬n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 385/633
gi¶m m¹nh , I lâi gi¶m yÕu h¬n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 386/633
12V
4. N¨ng l− îng tõ tr− êng
L
K
I
t t
I
§ãng K
n¹p Wm
Ng¾t K gi¶i
phãng Wm
Ritc =ε+ε
Ri
dt
diL =−ε
ε
dtRiidtdt
diLidt 2+=ε
dW=dWm+dWnhުt
LididWm =
i
εtc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 387/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 388/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊnViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 389/633
Ch− ¬ng 6 nh÷ng tÝnh chÊt tõ cña c¸c chÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 390/633
Khi nằm trong từ tr ườ ng ngoài mọichất đều bị từ hoá và trong chúng có một
từ tr ườ ng phụ riêng hay véc tơ c.− từ
0B
r
'
B
r
Tính chất từ thể hiện qua việc hút các vật liệu Fe
=> Từ tr ườ ng tổng hợ p trong chất là:'
0 BBB
rrr
+=ThuËn tõ B>B0
'
0 BB rr ↑↑
NghÞch tõ b<b0
'
0 BB rr ↑↓
'Br 'B
rB
r
B
r0B
r
'
B
rBr
S¾t tõ B>b0 nhiÒu
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 391/633
0
1. Bản chất của từ tính:Các điện tử quay quanh hạt
nhân giống như một dòng điện
tròn và gây ra momen từ quÜ
®¹o cña ®iÖn tö mLP
r
TÇn sè
quay cña®iÖn tö r 2vf π=
Dßng do®iÖn tö r 2
ev
ef i π==
+
H mLP
r
-i
dtmL SiPrr
=
M«men ®éng
l− îng:vmr L
Momen từ quÜ®¹o của điện tử rrr×=
2evr r
r 2eviSP 2
dtmL =ππ
== L=rmv
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 392/633
HÖ sè tõ c¬:
m2
e
L
PmL −=r
rL
m2
ePmL
rr−=
• Các điện tử có spin vớ i số lượ ng tử
spin ms↑ hoặc ms↓ các momen spintạo ra các momen từ spin quÜ ®¹o: SmePmS
rr
−=
+- ↑sm
- ↓sm He
+- ↑sm
H
h.1)s(sS +=
hll .1)(L +=C¬häcl− îng tö cho thÊy:
M«men ®éng l− îngM«men Spin
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 393/633
Dẫn đến tính chất từ của các chấtSL JJJ
rrr+=VÐc t¬ tõ ho¸ tổng cộng
VÐc t¬ tõ ho¸ = m«men
tõ cña ®¬n vÞ thÓ tÝch V
P
J
V
ami
Δ=
∑Δ
r
r
D− íi t¸c dông cña
tõ tr− êng ngoμiHJ
m
rrχ=
00
m BJrr
μ
χ=
χm §é tõ ho¸
Tổng hợ p các momen từ cña ®iÖn tö thành m«men từ của nguyên tử thø i amiP
r
→
π
=2
hh H»ng sè Planck
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 394/633
của điện tử chống lại từ tr ườ ng ngoài (Nh− §LLenz) dẫn đến tính chất nghịch từ của các chất.
e
0L
m2eB=ωVận tốc góc Lamor
2. Nghịch từ:
Khi trong từ tr ườ ng các điện tử có phản ứng
như hạt tích điện chuyển động trong từ tr ườ ng
và có thêm phần chuyển động tuế sai
χm <0
Phần dòng tươ ng ứng dòngcảm ứng của nguyên tử
e
0
2
Lm4
ZBe
2
1
)eZ(I π−=πω−=Δ
-P
mL
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 395/633
><−=ρ−=πρΔ=Δ= 2
e
0
2
2
e
0
2
2dtmCU r
m6ZBe
m4ZBe.IS.IP
3/r 2yx 2222 ><>=<+>=<ρ3/r zyx 2222 >>=<>=<>=<<
Nếu momen từ qu ĩ đạo spin bằng không ( Trong
tr ườ ng hợ p số điện tử luôn chẵn nh− tinh thể khí
tr ơ He) thì
Độ từ hoá của
vật liệu
Momen từ cảm ứng nguyên tử
0
0
m B
Jμ
=χTrong đó J m«men tõ mộtđơ n vị thể tích mẫu.
Đây là nghịch từ lý tưở ng.0r m6
Zen0
2
e
2
0
m <μ><−=χ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 396/633
Khi đặt trong từ tr ườ ng ngoài, monen từ của
mạch điện và từ tr ườ ng tươ ng tác vớ i nhau,năng lượ ng tươ ng tác bằng: B.PW mm
rr−=
VÐc t¬ tõ ho¸ của nguyên tửh
rrr
e
BBmamSmLmam2
e ;mP ;PPP =μμ−=+=
B0=0, do tác động của nhiệt độ các momen từnguyên tử có định hướ ng hỗn loạn và tổng của
chúng bằng 0.B0≠ 0, các mô men từ nguyên tử tươ ng tác vớ i
từ tr ườ ng ngoài như các mô men từ của cácdòng điện, tổng hợ p các mô men từ khác không.
3. Thuận từ:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 397/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 398/633
T
C
B
JTk n
B
JB
2
B0m =μ==χ Hay
Trong đó C là hằng số Curie.
Đây là định luật Curie: Độ từ hoá tỷ lệ nghị vớ inhiệt độ tuyệt đối.4. Tõ tr− êng tæng hîp trong chÊt nghÞch tõ vμthuËn tõ PhÇn ®ãng gãp do c¸c m«men quay
theo tõ tr− êng ngoμi: cïng chiÒu víi Pm J'B 0
rr
μ=JB'BBB 000
rrrrrμ+=+=Tõ tr− êng tæng hîp
0
0
m BJrr
μχ=0m0 BBB rrr χ+=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 399/633
00m BB)1(Brrr
μ=χ+= μ=χ+ )1( m
HB 0
rr
μμ= μ -§é tõ thÈm tû ®èiVÐc t¬ c¶m øng tõ tæng hîp trong c¸c vËt liÖu
thuËn tõ vμ nghÞch tõ tû lÖ víi vÐc t¬ c¶m øng tõ B0 trong ch©n kh«ng vμ b»ng μ lÇn B0
thuËn tõ χm.106 nghÞch tõ -χm.106
Nit¬ 0,013 Heli 0,063
oxy 1,9 N− íc 9,0£bonit 14 Th¹ch anh 15,1
Nh«m 23 Bismut 176Platin 360
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 400/633
|χm| << 1 nªn ®èi víi c¸c chÊt thuËn tõ vμ nghÞch
tõ μ=1+ χm≈ 1;ThuËn tõ μ > 1, NghÞch tõ μ<1
5. S¾t tõ TÝnh chÊt s¾t tõ: χm>0 nh− thuËn tõ, §é tõ ho¸lín (gÊp tr¨m lÇn thuËn tõ)
• Tõ ®é J kh«ng tû lÖ thuËn víivÐc t¬ c− êng ®é tõ tr− êng H
• Phô thuéc c¶m øng tõ B vμoc− êng ®é tõ tr− êng H: Kh«ng
cã ®o¹n n»m ngang H
B
B=μ0(H+J); J->const,H↑,B↑
H
J
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 401/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 402/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 403/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 404/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 405/633
B0
B
HDÞch chuyÓn v¸ch miÒn thuËn nghÞch
DÞch chuyÓn v¸ch miÒn kh«ng thuËn nghÞch
Quay m«men tõ ®é
MiÒn tõ V¸ch miÒn
Ò
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 406/633
MiÒn tõ, c¬ chÕ tõ ho¸
V¸ch miÒn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 407/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 408/633
Ch− ¬ng 7Tr − êng ®iÖn tõ
1 L ®iÓ hø hÊ ñ M¾ X (M ll)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 409/633
1. LuËn ®iÓm thø nhÊt cña M¾cXoen (Maxwell)
1.1. Ph¸t biÓu luËn ®iÓm
0ld EC ≠∫
rr
C
LuËn ®iÓm thø nhÊt: BÊt k× mét tõ tr− êng nμo
biÕn ®æi theo thêi gian còng sinh ra mét ®iÖntr− êng xo¸y
§iÖn tr− êng g©y ra dßng ®iÖn c¶m øng cã ®− êng
søc khÐp kÝn =>§iÖn tr− êng xo¸y.
CI
Br
®ang t¨ng
Er
Er
+ +
+++
--
- --
CI
0ld EC
=
∫
rr
§iÖn tr− êng tÜnh
§iÖn tr− êng xo¸y
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 410/633
1.2. Ph− ¬ng tr×nh M¾cxoen-Faraday
Sd r
ld
r
Er
S§§ c¶m øng
∫−=Φ
−=εS
mC )Sd B(
dt
d
dt
d rr
S
C Theo ®Þnh nghÜa S§§: ld EC
C
rr
∫=ε
∫∫ −= SCSd Bdt
d
ld E
rrrr
L− u sè cña vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êng däc theo
mét ®− êng cong kÝn bÊt k× b»ng vÒ gi¸ trÞ tuyÖt®èi nh− ng tr¸i dÊu víi tèc ®é biÕn thiªn theo thêi
gian cña tõ th«ng qua diÖn tÝch giíi h¹n bëi®− êng cong ®ã
Br
D i h© h t × h M¾ F d
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 411/633
D¹ng vi ph©n ph− ¬ng tr×nh M¾cxoen-Faraday
∫∫ =
SC
Sd Erotld Errrr
)
y
E-
x
E(k )
x
E -
z
E( j)
z
E -
y
E(iErot xyzxyz
∂
∂
∂
∂+
∂
∂
∂
∂+
∂
∂
∂
∂=
rrrr
Sd )dt
Bd
(Sd Erot SS
r
r
rr
∫∫ −=
t
BErot
∂
∂−=
r
r
zyx E EE
z
y
x
k j i
Erot∂∂
∂∂
∂∂=
rrr
r
∫∫ −= SC Sd Bdt
d
ld E
rrrr
ý nghÜa: X¸c ®Þnh c− êng ®é ®iÖn tr− êng khi
biÕt qui luËtbiÕn ®æi tõ tr−
êng theo thêi gian
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 412/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 413/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 414/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 415/633
®i h hè
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 416/633
3. Tr− êng ®iÖn tõ vμ hÖ thèng PT M¨cxoen
§iÖn tr−
êng vμ
tõ tr−
êng ®ång thêi tån t¹itrong kh«ng gian t¹o thμnh mét tr− êng thèngnhÊt gäi lμ tr− êng ®iÖn tõ N¨ng l− îng tr− êng ®iÖn tõ: mËt ®é n¨ng l− îng
me ϖ+ϖ=ϖ )BHED(
2
1)HE(
2
1 2
0
2
0 +=μμ+εε=
N¨ng l− îng tr− êng ®iÖn tõ trong thÓ tÝch V
∫∫ μμ+εε=ϖ=V
20
20
V
dV)HE(21dVW
dV)BHED(2
1
V∫ +=
HÖ thèng PT M¨cxoen • D¹ng tÝch ph©n:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 417/633
HÖ thèng PT M¨cxoenp/t M-F
∫∫ −=SC
Sd Bdt
d ld Errrr
p/t M-A
∫∫ ∂∂+=
SC t
DJ(ld H Sd )r
r
rrr
• D¹ng tÝch ph©n:
§/L O-G ®èi víi ®iÖn tr− êng
§/L O-G ®èi víi tõ tr− êng∑∫ =
i
i
Sq Sd D
rr
0Sd BS
=
∫
rr
C¸c p/t liªn hÖ tr− êng
ED 0
rr
εε= EJ
rr
σ= HB 0
rr
μμ=• D¹ng vi ph©n
tBErot∂∂−=
r
r
tDJHrot∂∂+=
r
rr
ρ=Ddivr
0Bdiv =r
§iÖn tr−êng vμ tõ tr−êng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 418/633
§iÖn tr− êng vμ tõ tr− êng
)t,z,y,x(EE
rr
=)t,z,y,x(DD
rr
=)t,z,y,x(HH
rr
=)t,z,y,x(BB
rr
=
§iÖn tr− êng tÜnh vμ)z,y,x(EE
rr
=
)z,y,x(DD
rr
=
)z,y,x(HHrr
=
)z,y,x(BB
rr
=
tõ tr− êng tÜnh
0H =r
0B =r
0E =r
0D =r
0ld EC
=
∫
rr
0Erot =r
∑∫ =i
i
S
q Sd Drr
ρ=Ddivr
ED 0
rr
εε=
Ild HC
=
∫
rr
JHrotrr
=
0Sd B
S
=∫ rr
0Bdiv =r
HB 0
rr
μμ=
Sãng ®iÖn tõ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 419/633
Sãng ®iÖn tõ
)t,z,y,x(EE
rr
=)t,z,y,x(DD
rr
=)t,z,y,x(HH
rr
=)t,z,y,x(BB
rr
=0=ρ0J =
r
tBErot∂∂−=
r
r
tDHrot∂∂=
r
r
0Ddiv =r
ED 0
rr
εε=
0Bdiv =r
HB 0
rr
μμ=• Dù ®o¸n ®− îc tån t¹i sãng ®iÖn tõ
• X©y dùng thuyÕt ®iÖn tõ vÒ sãng ¸nh s¸ngλ=0,45÷0,75 μm
• Tr− íc thùc nghiÖm 20 n¨m
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 420/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊnViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 421/633
b¸n dÉn & M¸y ph¸tl− îng tö
1 DÉn ®iÖn cña tinh thÓ b¸n dÉn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 422/633
1. DÉn ®iÖn cña tinh thÓ b¸n dÉnVïng n¨ng l− îng:Si 4 ®iÖn tö ho¸ trÞ Vïng DÉn
Vïng Ho¸ trÞ
Eg
T=0K kBT > Eg
kT2
E
ii
g
e~ pn −=
Lç: Tr¹ng th¸i trèng trong vïng ho¸ trÞ ®iÒn ®ÇygÇn hÕt:
0e;k k ;
;vv;mm
heheh
eheh
>−=ε−=ε
=−=rr
rr
Eg
εk
k
2 B¸n dÉn t¹p chÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 423/633
2. B¸n dÉn t¹p chÊtLiªn kÕt ®ång ho¸ trÞ1 nguyªn tö dïng chung 8 ®iÖntö ho¸ trÞ víi 4 nguyªn tö kh¸c:
Si, Ge, C m¹ng kim c−
¬ng
kT2
E2/1
d
d
e Nn
−
=
As+ -
T¹p thuéc nhãm 5:P, as, Sb
V DÉn
V Ho¸ trÞ
møc donorEd
B- +
T¹p thuéc nhãm 3:B, Al, Ga, In V dÉn
V Ho¸ trÞ
møc Acceptor Ea
kT2
E
2/1a
a
e N p−
=
3. ChuyÓn
Dßng ph¸t sinh cã Jng cña ®iÖn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 424/633
3. ChuyÓntiÕp p-n
pεF1
εF2
n- +
- +
- +
V ΔV= (ε
F2
- εF1
)/e
]1)kT
eV.[exp(II 0 −=
V
HiÖu øng chØnh l− u
ThÕ nghÞch: p(-) n(+)
ThÕ thuËn: p(+) n(-)
eh
Dßng ph¸t sinh cã Jng cña ®iÖntö tõ n -> p t¸i hîp víi lç→ Dßng t¸i hîp cã Jnr
Jng+ Jnr=0
Jnr(Vngh)=Jnr(0).exp(-e|V|/kBT)Jng(Vngh)=Jng(0).
Jnr(Vth)=Jnr(0).exp(e|V|/kBT)J
ng(V
th)=J
ng(0).
Jng+ Jnr≠0
Jn + Jnr≠0
Pin mÆt trêi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 425/633
p n
ΔV= (εF2 - εF1)/e- +
- +
- +
e
h
ChiÕu ¸nh s¸ng phï hîp lªn chuyÓn tiÕp p-nLç (h) vμ ®iÖn tö (e) sinh ra.
=> Dßng quang ®iÖn => Pin mÆt trêi
§iÖn tö bÞ ®Èy vÒ bªn ph¶i (thÕ d− ¬ng)Lç bÞ ®Èy vÒ bªn tr¸i (thÕ ©m)
Pin mÆt trêi
§Ìn ®iÖn tö 3 cùc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 426/633
§Ìn ®iÖn tö 3 cùc
~
K AL− íi
§iÖn ¸p trªn l− íi thay ®æi Ýt
-> sè ®iÖn tö tõ K->A thay ®æi m¹nh-> dßng qua ®iÖn trë thay ®æi m¹nh
4 Transitor
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 427/633
n p n+ - - +
+ - - +
dßng lç
dßng ®iÖn tö
B
UBC
IB
IE
IC
UBE
ΔUBE
==> ΔIB==> ΔIE -->ΔIC
- + - +IE
= IB
+ IC
víi IB
<< IC
B
C
I
I
Δ
Δ=β
HÖ sè khuyÕch
®¹i dßng
l− íi
4. Transitor
E C
Bn-p-n
E C
Bp-n-p
C
+ ΔUBE
+ ΔIB
+ ΔIE
+ ΔIC
+ ΔUBC
dßng dß
E
Ö ø Ö Ö
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 428/633
5. HiÖu øng nhiÖt ®iÖn
- -
++
p e-
+ n h
T 1 T 2T 1 < T 2
e vμ
h khuÕch t¸nsang phÝa bªn kiaphô thuéc vμonhiÖt ®é
Sù xuÊt hiÖn SuÊt ®iÖn ®éng do chªnhlÖch nhiÖt ®é gäi lμ hiÖn t− îng nhiÖt ®iÖn
6. LASER ( Light Amplification by S timulated
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 429/633
( g p f y Emission of Radiation)
6.1. Ph¸t x¹ tù nhiªn: §éclËp víi nhau, kh«ng cã kÕt
hîp vÒ pha, ®Þnh h− íng vμ ®éph©n cùc
kÝch thÝch
E2
E1
Thêi gian hÖ ë tr¹ng th¸i kÝch
thÝch Δt~h/ ΔE ~ 10-8 -10-9s
ph¸t x¹
hν=E2-E1
hν=E2-E1
ph¸t x¹kÝch thÝch
6.2. Ph¸t x¹ c¶m øng : Khi cã
kÝch thÝch tõ bªn ngoμi bøcx¹ c¶m øng cã cïng h− íng,
cïng tÇn sè, ®é ph©n cùc,
E2
E1
kÕt hîp triÖt ®Ó gi÷a ph¸t x¹ vμ kÝch thÝch
6.3. Tr¹ng th¸i hÖ E EE −
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 430/633
6.3. Tr¹ng th¸i hÖNguyªn tö = h¹t; Møc n¨ng
l− îng E2>E1. N-tæng sè h¹t cñahÖ
kT
E
1
1
e~ N−
kT
E
2
2
e~ N−
N0
E2
E1
N2
N1
kT
EE
1
212
e~
N
N
−
X¸c suÊt hÊp thô kT
E
11
1
e~ N~P−
kTE
22
2
e~ N~P−
T¹i T=300K, ν =3.1014
Hz tøc λ=10-6
m th×P 2 /P 1=e-48<<1
Muèn P 1=P 2 (ph¸t x¹ c¶m øng= hÊp thô c¶møng) th× T=∞ v× E2>E1
X¸c suÊt ph¸t x¹ tõ møc E2
6.4. Tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t,è
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 431/633
§Ó ®¶o ®− îc mËt ®é h¹t th× tr¹ng th¸i c©n b»ng
nhiÖt ®éng bÞ ph¸ vì
6.4. Tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t,ph©n bè Bolztman më réng
§Ó cã ph¸t x¹ c¶m øng th× P 2 >P 1 hay N2 >N1
kT
EE
1
2
1
2
12
e N
N
P
P −
−
== 0kT
EE
N
N
ln 12
1
2
>
−
−=Nªn T<0
kT
EE
1
2
12
e N N
−
−=Ph©n bè më réng
Boltzman
T>0 c©n b»ng nhiÖt ®éng lùc
T<0 ®¶o mËt ®é h¹t
M«i tr− êng ®¶o mËt ®é h¹t lμ m«i tr− êng kÝch
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 432/633
ho¹t
HÊp thô ¸nh s¸ng bëi m«i tr− êng
hÊp thô: bøc x¹
truyÒn qua suy gi¶m
E2
E1
hν=E2-E1
Ph¸t x¹ c¶m øng: bøc x¹
truyÒn qua m¹nh lªn ph¸t x¹
hν=E2-E1
kÝch thÝch
E2
E1
x'0 e.II α−=I0 I
x
α’>0 hÊp thô ¸nh s¸ngα’<0 c− êng ®é ¸nh s¸ng t¨ng
theo bÒ dÇy cña m«i tr−
êng. Sè photon t¨ng th¸c lò
M«i tr− êng kÝch ho¹t cã tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 433/633
h¹t N2>>N1
x0 e.II α=I0 I x BiÓu thøc c− êng ®é bøc x¹
céng h− ëng
Bé céng h− ëng - HiÖu øng Laser
- M«i tr− êng kÝch ho¹t khÝ, láng hoÆc r¾n
- C¬ chÕ b¬m n¨ng l− îng cung cÊp cho m«itr− êng
- Bé céng h− ëng khuyÕch ®¹i chïm bøc x¹truyÒn qua
G− ¬ngph¶n x¹100% G− ¬ng ph¶nx¹ 50%
L2
nL λ
=
M«i tr−
êngkÝch ho¹t M¸y ph¸t Laser:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 434/633
6.6. LASER hång ngäc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 435/633
ä
λ=692.7nm694.3nm
II
I
III
Cr+++
Møc c¬ b¶n
(10-7 s) τI
& τII<< τIII (10-3s)
Al2O3 pha t¹p 0.03-0.05% Cr2O3
LASER xung : Khi tõ tr¹ng th¸i III nh¶y vÒ
tr¹ng th¸i c¬ b¶n ph¸t ra chíp s¸ng loÐ.
V
Neonxanh
6.7. LASER Hªli-Neon
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 436/633
90%He+10%Ne
¸p suÊt cì 1.1mmHg
eV
19.81 He (I) va®Ëp Ne(II)Ne(IV)
Ne(III)
LASER b¸n dÉn
V dÉn
V Ho¸ trÞ
møc donor E2
møc Acceptor E1
p
n
§¶o mËt ®é gi÷a vïng ho¸ trÞ vμ vïng dÉn
λ=632.8nm
hν=En-Eh
§¶o mËt ®é gi÷a Ne(IV) vμ Ne(III)
6.8. C¸c tÝnh chÊt − u viÖt cña Laser 1 Ý h ®Þ h h í ë hi ® hß ®
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 437/633
Ö1. TÝnh ®Þnh h− íng cao: ë nhiÖt ®é phßng ®é
më 0.01o
2. TÝnh kÕt hîp cao: HiÖu pha trong kho¶ng hai
thêi ®iÓm lu«n kh«ng ®æi, ®é ®¬n s¾c cao Δ λ ~(10-18 -10-20)m. Δν / ν ~ 10-15
3. TÝnh kÕt hîp kh«ng gian cao: trong kho¶ngc¸ch ΔL=100km gi÷a hai ®iÓm hiÖu pha kh«ng®æi. C− êng ®é ¸nh s¸ng cùc lín E~107V/m
c«ng suÊt ®¹t 1012W.4. HiÖu suÊt: Heli-Neon 1%, CO2-N ®¹t 10-
20%, B¸n dÉn 40-100%5. Bøc x¹ c− êng ®é cao ë chÕ ®é liªn tôc,
§iÒu biªn AM, §iÒu tÇn FM, ChÕ ®é xung cùcng¾n 6 10-15s(femtosecond)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 438/633
6.9. øng dông cña LASER a, Trong kü thuËt ®o l− êng chÝnh x¸c, in chôp vμ
t¹o ¶nh: ¶nh vÕt s¸ng trªn mÆt tr¨ng cña tia lasernhá h¬n cña vÕt do sãng ®iÖn tõ cïng ®iÒu kiÖn5000 lÇn
§iÒu khiÓn tõ xa
Bom laser
c=(299792458±1)m/s
ng¾n 6.10 15s(femtosecond)
b ¶ h 3 hiÒ h
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 439/633
b, T¹o ¶nh 3 chiÒu honogram
nguån laser g− ¬ng B
g− ¬ng A Phim
c, Kü thuËt th«ng tin• Gãc më nhá tÇn sè cao ( 106 tÇn sè VT)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 440/633
• Gãc më nhá, tÇn sè cao (= 106 tÇn sè VT)-
>200kªnh TH • TruyÒn l− îng th«ng tin lín, tèc ®é cao theo c¸p
quangd, C− êng ®é lín 1017W/cm2: øng dông trong kü
thuËt gia c«ng vËt liÖu, vi phÉu thuËte, Trong c¸c ngμnh khoa häc kü thuËt kh¸c, nh−
vËt lý:• NhiÖt ®é cao: tËp trung n¨ng l− îng trªn λ2
•KÝch thÝch vμ chän läc trong ph¶n øng ho¸ häc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 441/633
ä ä g p g ä
víi sù tham gia cña ®ång vÞ nhÊt ®Þnh• Trong sinh häc: chiÕu räi c¸c tÕ bμo cì micromet• TÇn sè cao dïng t¸ch c¸c ®ång vÞ phãng x¹
f, Quan s¸t sù chuyÓn dêi nhiÒu photon
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 442/633
i
f
ωh
hÊp thô métphoton
i
m
f
f
1ωh
2ωh
hÊp thô hai
photonqua tr¹ng th¸itrung gian m; Δt~10-8sPhoton thø 2 kÞp
®Õn n©ng lªnmøc f
i
m
f 2ω
1 ω
Δt ~10-15s
tr¹ng th¸i trung gian
mkh«ng quan s¸t®− îcphoton thø 2 ®Õntrong kho¶ng Δt
~10-15s
g, Quang häc phi tuyÕn: Khi chiÕu laser vμohÊt ®iÖ «i © Ð t h©
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 443/633
chÊt ®iÖn m«i g©y ra vÐc t¬ ph©n cùc:
...EEEP 33
221 +χ+χ+χ=
cã thÓ t¹o ra tia laser cã b− íc sãng b»ng 1/2
b− íc sãng tia s¬ cÊp øng víi tia ho¹ batsinEE 0 ω=
rr
)kxt(sinE)kxtsin(EP
22
0201x −ωχ+−ωχ=
sãng lan truyÒn víi: tÇn sè b»ng tÇn sè kÝch thÝchVÐc t¬ ph©n cùc kh«ng ®æi
Sãng ho¹ ba thø 2 cã tÇn sè gÊp ®«i tÇn sè sãngkÝch thÝch
)kx2t2(cosE2
1E
2
1)kxtsin(EP 22
02
2
0201x −ωχ+χ+−ωχ=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 444/633
VËt r¾n tinh thÓ
PGS. TS §ç Ngäc UÊn
Gi¸o tr×nh vËt lý chÊt r¾n ®¹i c− ¬ng NXH Khoa häc &Kü thuËt
H μ néi 2003
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 445/633
§ç TrÇn C¸t vμ
c¸c t¸c gi¶ kh¸cVËt lý ®¹i c− ¬ngTËp ba, phÇn hai
NXB Gi¸o Dôc 1999-------------------------------------
§Æng Quang Khang NguyÔn Xu©n ChiVËt lý ®¹i c− ¬ng
TËp baXuÊt b¶n 2000
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 446/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr−
êng §H B¸ch khoa Hμ
néi
Tinh thÓ vμ v« ®Þnh h×nh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 447/633
Tinh thÓ vμ v« ®Þnh h×nh
• M«i tr− êng liªn tôc: khi b− íc sãng kh¶o s¸tlín h¬n kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö
(λ > a)
Tinh thÓ: Cã trËt tù xa, tuÇn hoμnV« ®Þnh h×nh: TrËt tù gÇn, v« trËt tù
• M«i tr− êng kh«ng liªn tôc: Khi b− íc sãng
kh¶o s¸t nhá h¬n hoÆc b»ng kho¶ng c¸ch gi÷ac¸c nguyªn tö (λ <= a)
I. M« h×nh cÊu tróc tuÇn hoμn cña vËt r¾nÓ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 448/633
tinh thÓ :PhÐp tÞnh tiÕn...
• TÞnh tiÕn ®i mét vÐc t¬ tÞnh tiÕn-> lÆp l¹i
nh− ®iÓm xuÊt ph¸t• TÞnh tiÕn « c¬ së lÊp ®Çy kh«ng gian
a T = na
B’B
anT 1
rr=
TÝnh tuÇn hoμn cña cÊu tróc tinh thÓ:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 449/633
ar
br
Hai vÐc t¬ , dùng thμnh « c¬ b¶n.a
r
b
r
TÞnh tiÕn « c¬ b¶n th× lÊp ®Çy kh«ng gian.
TÝnh tuÇn hoμn cña cÊu tróc tinh thÓ:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 450/633
cr
br ar
PhÐp tÞnh tiÕn:
r r
r ′r
Tr
c b2a2T rrrr
−−=
Tr r rrr +=′
TÞnh tiÕn tiÕn ®i mét vÐc t¬ tÞnh tiÕn ®− îc®iÓm A’ gièng hoμn toμn ®iÓm A
Tr
A
A’
....vμ phÐp ®èi xøng ®iÓm•PhÐp quay: Quay tinh thÓ quanh 1trôc qua ®iÓm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 451/633
•PhÐp quay: Quay tinh thÓ quanh 1trôc qua ®iÓm
bÊt k× ®i 1 gãc b»ng 2π /n tinh thÓ trïng nh− ban®Çu -> trôc ®èi xøng bËc n.
•§èi xøng g− ¬ng qua mÆt ph¼ng m chøa trôcquay
m
n• KÝ hiÖu
n mn r r rr −⇒• PhÐp nghÞch ®¶o: Sau phÐp th×
•TËp hîp c¸c phÐp ®èi xøng ®iÓm lμ nhãm ®iÓmcña tinh thÓ
•Ph¶i phï hîp víi phÐp tÞnh tiÕn: n=1, 2, 3, 4, 6,8, 9 Kh«ng cã bËc 5 vμ bËc 7
•kÝ hiÖu
m rr rr
−⇒Nhãm ®iÓm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 452/633
n=2
n=4
n=3
m r r ⇒
cr
br a
r
m
23m
4 −
Nhãm ®iÓm
PhÐp quay+®èi xøng g− ¬ng
II.Liªn kÕt trong tinh thÓ• Ph©n bè cña c¸c ®iÖn tö ph¶i tu©n theo nguyªn lý
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 453/633
Pauli.• C¸c ®iÖn tÝch nh− c¸c ion vμ ®iÖn tö ho¸ trÞ ph¶i s¾ pxÕp sao cho lùc ®Èy cña ®iÖn tÝch cïng dÊu lμ Ýt nhÊt ,
lùc hót cña ®iÖn tÝch kh¸c dÊu lμ cao nhÊt .• Tæng n¨ng l− îng trong tinh thÓ lμ thÊp nhÊt. Th
n¨ng lμ nhá nhÊt vμ ®éng n¨ng t¨ng Ýt.•N¨ng l− îng liªn kÕt trong tinh thÓ tÝnh b»ng n¨ng l− îng tæng céng cña c¸c h¹t rêi r¹c trõ ®i n¨ng l− îng
cña tinh thÓ.
1. Liªn kÕt Van-
der-Walls London:
+--
-
- +-
--
-
(erg) R
C)r (u
6−=+
-
--
-
+-
--
-
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 454/633
2. Liªn kÕt Ion: e- +Cl = Cl- + 3,6 eV
Na + 5,13 eV = Na+ + e-
N¨ng l− îng tæng céng cña tinh thÓ lμ:
Na++Cl- = NaCl + 7,9 eV
⎪⎪
⎪
⎭
⎪⎪⎪
⎬
⎫
⎪⎪
⎪
⎩
⎪⎪⎪
⎨
⎧
±
−
ρ
−λ
=
R
q .
P
1
R
q )
R exp(.
U 2
j,i
2
j,i
Na+
Cl-
C«ng thøc
Magdelung
R --
R
3. Liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ:1 nguyªn tö dïng chung 8 ®iÖn tö
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 455/633
1 nguyªn tö dïng chung 8 ®iÖn tö
ho¸ trÞ víi 4 nguyªn tö kh¸c: Si,Ge, C m¹ng kim c− ¬ng
+
+ +
+
++
+
+
+ +
+
+ +
+ +
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
--
--
-
--
-
-
-
- -
-
4. Liªn kÕt kim lo¹i: C¸c ion t − ¬ng t¸c hót víi
khÝ ®iÖn tö
F- F-
H+
5. Liªn kÕt Hydro
III. Phonon vμ nhiÖt dung cña ®iÖn m«i1 Dao ®éng m¹ng phonon u lμ dÞch chuyÓn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 456/633
)u2uu(C
dt
ud M s1s1s2
S2
−+= +−
tiiSKaS e.e.Uu ω−=
2Kasin
MC4
2/1
⎟ ⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ =ω
• CV->0 khi T->0K
• Va ®Ëp víi photon=> l− îng tö ho¸ t− ¬ng t− nh− sãng ®iÖn tõ:->Phonon cã:
)K (grad dK d v K g
rrr ω=ω= gv hay
KP r
hr
h =ω=ε ,
λ>>a m«i tr− êngliªn tôc
1. Dao ®éng m¹ng, phonon
us-1 us us+1 us+2
Ca M
us lμ dÞch chuyÓn
cña nguyªn tö thø s
ω 2/1
1
M
C4⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ vg=dω /dk
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 457/633
2. Ph©n bè Bose-Einstein/Planck:
1e1n/ −
>=<τωh
T thÊp th× τω−>≈< / hen
<n> Trung b×nh sè tr¹ng th¸i cña
phonon
-π /a 0 π /a k
⎠⎝
ω=
−ω
+
>≈<hh
Tk
1Tk 1
1n B
B
T cao th×
0 π /a
3. NhiÖt dungVV
V TC ⎟ ⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛
∂∂=⎟
⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛
∂∂≡
T E
T S
Thùc nghiÖm tãm t¾t 3 ®iÓm nh− sau:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 458/633
Thùc nghiÖm tãm t¾t 3 ®iÓm nh− sau:
1. T¹i nhiÖt ®é phßng 3NkB nghÜa lμ 25Jun/mol.®é hay6Calo/mol.®é; k
Blμ h»ng sè Boltzmann.
2. ë nhiÖt ®é thÊp nhiÖt CV ~ T 3
®èi víi ®iÖn m«i vμCV~T ®èi víi kim lo¹i. NÕu kim lo¹i biÕn thμnh siªudÉn (tr¹ng th¸i siªu dÉn) th× ®Þnh luËt gi¶m nhiÖt dung
nhanh h¬n T.3. Trong c¸c vËt liÖu tõ thÓ r¾n ë tÊt c¶ mäi vïng nhiÖt
®é nÕu tån t¹i trËt tù ho¸ trong hÖ c¸c m«men tõ th×phÇn ®ãng gãp do trËt tù tõ vμo nhiÖt dung lμ ®¸ng kÓ.D− íi 0,1K trËt tù ho¸ c¸c m«men tõ h¹t nh©n cã thÓ cã®ãng gãp rÊt lín vμo nhiÖt dung.
4. C¸c m« h×nh khÝ phonon gi¶i thÝch tÝnh chÊtnhiÖt cña c¸c chÊt ®iÖn m«i
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 459/633
Ö Ö
a. M« h×nh Einstein: Phonon cã cïng1 møc n¨ng l− îng /cïng mét tÇn sè ω=ε h
BV Nk 3C ≈ τω− / he~CV
⎟ ⎠ ⎞
⎜⎝ ⎛
−
ω∂
∂=⎟ ⎠
⎞⎜⎝ ⎛
∂∂
= ω1e
NC T
V
VB /kT T
E h
hNhiÖt
®é cao
•Kh«ng gi¶i thÝch ®− îc tr− êng hîp nhiÖt ®é thÊp.•TÇn sè cña tÊt c¶ c¸c dao ®éng lμ nh− nhau.
•L−
îng tö ho¸ dao ®éng c¬ cña c¸c dao ®éng tö nh− Planck ®· lμm ®èÝ víi sãng ¸nh s¸ng: khi T tiÕn tíi 0 th× nhiÖt dung gi¶m nhanh tíi 0.•GÇn ®óng nh¸nh quang cña phonon
NhiÖt ®é thÊp
b. M« h×nh Debye: Víi ω <= ωD th× ω=vgk.
Víi ®iÒu kiÖn biªn tuÇn hoμn u(x)=u(x+L) Gi¸
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 460/633
∫∫ ∫ω
τω ⎟ ⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛
−ω
⎟⎟ ⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛
πωω=ωωωω=ω>ω<ωω=
D
0
32
2
1ev2
Vd )(n)(Dd )T,(n)(Dd E
/ h
hhh
3
D
B
3
D
B4
VT Nk 234T Nk
512
TEC ⎟⎟
⎠ ⎞⎜⎜
⎝ ⎛
θ=⎟⎟
⎠ ⎞⎜⎜
⎝ ⎛
θπ≈
∂∂=
.L
N,,
L
6,
L
4,
L
2,0k
z,y,x
ππ±
π±
π±= K
Víi ®iÒu kiÖn biªn tuÇn hoμn u(x)=u(x+L), Gi¸
trÞ vÐc t¬ sãng cho phÐp
N¨ng l− îng khÝ phonon:
θD-NhiÖt ®é Debye→ CV~T3
IV.M« h×nh vïng n¨ng l− îng vμ khÝ ®iÖn tö tù do. Ph− ¬ng tr×nh sãng cña ®iÖn tö trong tr− êng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 461/633
thÕ tuÇn hoμn cña chuçi mét chiÒu c¸c ion (x)ψε=ψ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛ +− )x()x(U
dx
d
m2 2
22h
Trong ®ã U(x) lμ tr− êng thÕ tuÇn hoμn cña c¸c
ion
ikxe)x( =ψ
IV.1.Trong m« h×nh khÝ ®iÖn tö tù do coi U(x)=0
2x
2
k k
m2
h=ε
Trong kh«ng gian 3 chiÒu: r k ie)r ( r
r
r =ψ
KhÝ ®iÖn tö tù do Fermi: Kh«ng t−
¬ng t¸c,tu©n theo nguyªn lý Pauli
)k k k (m2
k m2
2z
2y
2x
22
2
k ++==ε hh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 462/633
1e
1
)(f Tk /)( B +=ε μ−ε
εFε
1
.L
N,,L6,
L4,
L2,0k z,y,x ππ±π±π±= K
T=0K
k εFε
k
ë T>0K =>Hμm ph©n bè Fermi-Dirac: X¸csuÊt ®iÖn tö chiÕm møc ε t¹i nhiÖt ®é T
μ-thÕ ho¸
T=0K
T>0K
Møc Fermilμ møc n¨ngl− îng cao nhÊt®iÖn tö chiÕm ë 0K
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 463/633
F
BeleT
T Nk C ≈
∂Δ∂
=T
Eb. NhiÖt dung cña kimlo¹i ë nhiÖt ®é thÊp
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 464/633
F∂
m3Tnk lv
mvTnk
3K lCv
31
2
B
2
F2F
2
B
2
ele τπ=π==
c. §é dÉn nhiÖt cña kim lo¹i:lo¹i ë nhiÖt ®é thÊp
d. Quan hÖ gi÷a ®é dÉn ®iÖn vμ ®é dÉn nhiÖt cñakim lo¹i, §Þnh luËt Widermann-Franz:
LTe3
Tk ne.m3
m.Tnk K 2
2
B
2
2
2
B
2
0
ele =π=ττπ=σ
28
2
B
2
K /W10.45,2e
k
3L Ω=⎟ ⎠ ⎞⎜⎝ ⎛
π= − H»ng sè Lorentz
IV.2. M« h×nh vïng n¨ng l− îng tÝnh ®Õn t− ¬ngt¸c cña c¸c ®iÖn tö ho¸ trÞ víi tr− êng thÕ tuÇn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 465/633
hoμn cña ion trong tinh thÓ
∑=G
iGxGeU)x(U ∑=ψ
k
ikxe)k (C)x(
+ +++
Hμm sãng lμ hμm Block
U(x)
(x)ψε=ψ⎟⎟ ⎠ ⎞⎜⎜
⎝ ⎛ +− )x()x(U
dxd
m2 2
22
h
• Gi¶i quyÕt ®− îc c¸c vÊn ®Ò sau:a. T¹i biªn giíi vïng Brillouin G
1k
rr±=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 466/633
1
2
1
2
)(1 UG2
1
m2±⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ =ε ±h
⎟⎟ ⎠ ⎞⎜⎜
⎝ ⎛ λ±δ+±ε=±ε
1
1
22
1k U21
m2)()(
h
Vïng cÊm cã bÒ réng Eg=2U1
2U1
Fε
π /a k
k ε
2
b. GÇn biªn giíi Brillouin
δ±±= rrr
G21k
• S¬ ®å vïng n¨ng l− îng:k ε
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 467/633
S¬ ®å vïng më réng
MiÒn Brillouin thø nhÊt
-3π /a -2π /a -π /a 0 π /a 2π /a 3π /a k
Do t− ¬ng t¸c víi tr− êngthÕ tuÇn hoμn cña c¸c Ion
trong tinh thÓ, n¨ng l− îngcña ®iÖn tö ho¸ trÞ chia thμnhc¸c vïng cho phÐp vμ vïngcÊm xen kÏ nhau
Tãm t¾t:
k εvïngchophÐp
vïng cÊm
εGi¶i thÝch tÝnh chÊt ®iÖn cña c¸c tinh thÓ:
V DÉn V DÉn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 468/633
B¸n dÉn, b¸n kim: Vïng Ho¸ trÞ ®iÒn ®Çy >90%,Vïng DÉn ®iÒn ®Çy < 10% ®iÖn tö ho¸ trÞ.
V Ho¸ trÞ V Ho¸ trÞ
§iÖn m«i Kim lo¹i Kim lo¹iB¸n dÉn,b¸n kim
§iÖn m«i: Vïng ho¸ trÞ ®iÒn ®Çy 100% ®iÖn tö ho¸trÞ, vïng dÉn trèng 100% Kim lo¹i : §iÒn ®Çy 50% ®iÖn tö ho¸ trÞ hoÆc haivïng phñ nhau: ®¸y vïng trªn thÊp h¬n ®Ønh vïng d− íi
• Sè gi¸ trÞ vÐc t¬ sãng k lμ N b»ng sè « c¬ b¶ncña tinh thÓ, øng víi 1 gi¸ trÞ vÐc t¬ sãng cã sè
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 469/633
l− îng tö ms=±1/2. Mçi vïng cã 2N tr¹ng th¸icña ®iÖn tö (Sè tr¹ng th¸i trong 1 vïng lμ ch½n).
Ho¸ trÞ lÎ lμ kim lo¹i Ho¸ trÞ ch½n lμ ®iÖn m«i. NÕu cã sù phñ nhau
cña c¸c vïng th× vÉn lμ
kim lo¹i.
§iÖn m«i Kim lo¹i
Eg
εkPhñ
εk
Eg
εk
Tinh thÓ b¸n dÉn: Si, Ge cã 4 ®iÖn tö ho¸ trÞ:Vïng Ho¸ trÞ ®Çy, Vïng DÉn Trèng 100%
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 470/633
BÒ réng vïng cÊm Eg nháVïng DÉn
Vïng Ho¸ trÞ
Eg
T=0K ®iÖn tö kh«ng v− ît
qua ®− îc vïng cÊm§iÖn m«i
Vïng DÉn
Vïng Ho¸ trÞ
kBT > Eg ®iÖn tö v− ît
qua ®− îc vïng cÊmDÉn ®iÖn
vïng cÊm
Trong ®iÖn tr−
êng ®iÖn tö nh¶y lªn tr¹ng th¸i cãmøc n¨ng l− îng cao h¬n → dÉn ®iÖn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 471/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËtTr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 472/633
Ch− ¬ng 6
C¬häcl− îng tö
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 473/633
T¹i O dao ®éng s¸ng: x0 =Acos2πνtT¹i ®iÓm c¾t mÆt chøa M nh s¸ng ®i ®− îc d, vμ:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 474/633
xM =Acos2πν(t-d/c)= Acos2π(νt-d/ λ)n.r cosr d
rr=α= )
n.r t(2cosAx
λ
−νπ=rr
§©y lμ sãng ph¼ng ch¹y, d¹ng phøc:
)nr
t(i2
0e λ−νπ−
ψ=ψ
rr
)r pt(i
0e
rr
h
−ε−
ψ=ψhay
λπ
= 2
k k p
r
h
r
= Js10.05,12
h 34−
=π=h
)r k t(i0e
rr−ω−
ψ=ψ
1.2. Gi¶ thiÕt §¬br¬i (de Broglie)Mét vi h¹t tù do tuú ý cã n¨ng l− îng x¸c ®Þnh,
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 475/633
®éng l− îng x¸c ®Þnh t− ¬ng øng víi mét sãngph¼ng ®¬n s¾c;
a. N¨ng l− îng cña vi h¹t liªn hÖ víi tÇn sè dao®éng cña sãng t− ¬ng øng ε=hν hay ω=ε h
b. §éng l− îng cña vi h¹t liªn hÖ víi b− ícsãng λ theo:
p
r
k pr
hr=
λ
= h
p hay
TÝnh sãng h¹t lμ hai mÆt ®èi lËp biÓu hiÖn sù
m©u thuÉn bªn trong cña ®èi t−
îng vËt chÊt
1.3. Thùc nghiÖm chøng minh l− ìngtÝnh sãng h¹t cña vi h¹t
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 476/633
a. NhiÔu x¹ ®iÖn tö: ChiÕu chïm tia ®iÖn tö quakhe hÑp, ¶nh nhiÔu x¹ gièng nh− ®èi víi sãng
¸nh s¸ng NhiÔu x¹ ®iÖntö, n¬tron trªntinh thÓ
tia e,n
Phim
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 477/633
NhiÔu x¹ ®iÖn tö truyÒn qua trªn
tinh thÓ Si
NhiÔu x¹ truyÒn qua trªn Bromid Thalium
2. HÖ thøc bÊt ®Þnh HaidenbÐc(Heisenberg) 2.1. HÖ thøc bÊt ®Þnh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 478/633
prb ϕ1
x To¹ ®é cña ®iÖn tö trong khe0≤x≤b =>Δx=b
H×nh chiÕu cña ®éng l− înglªn trôc x: 0 ≤px ≤p sin ϕ
øng víi h¹t r¬i vμo cùc ®¹i gi÷aΔpx≈p sin ϕ1 sin ϕ1=λ /b
Δx.Δpx≈pλ
Δx.Δpx≈hΔy.Δpy≈h
Δz.Δpz≈h
ý nghÜa: VÞ trÝ vμ ®éng l− îngcña vi h¹t kh«ng x¸c ®Þnh ®ångthêi
VÝ dô: Trong ph¹m vi nguyªn tö Δx~10-10mVËn tèc ®iÖn tö cã:
34−
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 479/633
s/m10.71010.1,9
10.62,6xm
hm pv 6
1031ee
xx ≈=Δ≈Δ=Δ −−
me ~10-31 vi h¹t -> VËn tèc kh«ng x¸c ®Þnh ->kh«ng cã quü ®¹o x¸c ®Þnhm ~10-15kg, Δx~10-8m h¹t lín (VÜ h¹t): VËn tèc
x¸c ®Þnh -> Quü ®¹o x¸c ®Þnh:
s/m10.6,61010
10.62,6
x.m
h
v
11
815
34
x
−
−−
−
≈=Δ≈ΔΔW.Δt ≈ hHÖ thøc bÊt ®Þnh ®èi víi n¨ng l− îng
ΔW≈ h/ Δt
Tr¹ng th¸i cã n¨ng l− îng bÊt ®Þnh lμ tr¹ng th¸ikh«ng bÒn, Tr¹ng th¸i cã n¨ng l− îng x¸c ®Þnh lμ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 480/633
tr¹ng th¸i bÒn2.2 ý nghÜa triÕt häc cña hÖ thøcbÊt ®Þnh Heisenberg:Duy t©m: HÖ thøc bÊt ®Þnh phô thuéc vμo chñquan cña ng− êi quan s¸t: X¸c ®Þnh ®− îc quü ®¹o
th× kh«ng x¸c ®Þnh ®− îc n¨ng l− îng. NhËn thøccña con ng− êi lμ giíi h¹n
Duy vËt: Kh«ng thÓ ¸p ®Æt quy luËt vËn ®éng vËtchÊt trong c¬ häc cæ ®iÓn cho vi h¹t. C¬ häc cæ®iÓn cã giíi h¹n, nhËn thøc cña con ng− êi kh«nggiíi h¹n, kh«ng thÓ nhËn thøc thÕ gi¬Ý vi m«
Kh«ng thÓ x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ cña vi h¹t mμ
−
b»ng c¸c kh¸i niÖm cæ ®iÓn.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 481/633
chØ ®o¸n nhËn ® îc kh¶ n¨ng tån t¹i vi h¹t ë méttr¹ng th¸i nμo ®ã.Quy luËt vËn ®éng cña vi h¹t tu©n theo nguyªn lýthèng kª3. Hμmsãngvμ ý nghÜa thèng kªcña nã3.1. Hμm sãng: ChuyÓn ®éng cña vi h¹t tù do
(kh«ng chÞu t¸c dông lùc bªn ngoμi) ®− îc m« t¶bëi hμm sãng §¬ Br¬i
)r k t(i0err
−ω−ψ=ψ
ψ02=|ψ|2=ψψ*
ψ*Liªn hîp phøc cña ψ
3.2. ý nghÜa thèng kª cña hμm sãngΔV sãng ¸nh s¸ng chiÕu lªn M
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 482/633
Mc− êng ®é s¸ng I ~ ψ02
|ψ|2 cμng lín M cμng s¸ng
-> sè photon cμng nhiÒu|ψ|2 tû lÖ víi kh¶ n¨ng cã mÆt cña vi h¹t trong ΔV
|ψ|2
®Æc tr−
ng cho kh¶ n¨ng t×m thÊy vi h¹t trong®¬n vÞ thÓ tÝch quanh M gäi lμ mËt ®é x¸c suÊtX¸c suÊt t×m thÊy h¹t trong dV lμ |ψ|2dV
X¸c suÊt t×m thÊy h¹ttrong thÓ tÝch V lμ ∫∫∫ ψ
V
2 dV||
Trong toμn kh«ng gian 1dV||Tkg
2 =ψ∫∫∫μ È μ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 483/633
§©y lμ ®iÒu kiÖn chuÈn ho¸ cña hμm sãngHμm sãng kh«ng m« t¶ mét sãng cô thÓ nμo ®ã
nh− sãng c¬ hay sãng ®iÖn tõ mμ nã chØ chophÐp tÝnh mËt ®é x¸c suÊt t×m thÊy vi h¹t ë mét
tr¹ng thaÝ nμ
o ®ã-> Hμm sãng ψ mang tÝnh thèng kªTrong vËt lý ph©n tö: HÖ nhiÒu h¹t míi cã tÝnhthèng kª (theo qui luËt thèng kª)Trong c¬ häc l− îng tö qui luËt thèng kª cã quan
hÖ víi ngay c¶ mét vi h¹t riªng biÖt
3.3. §iÒu kiÖn cña hμm sãnga. Hμm sãng giíi néi = §iÒu kiÖn chuÈn ho¸
μ ç Ø
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 484/633
b. Hμm sãng ph¶i ®¬n trÞ: mçi tr¹ng th¸i chØ cã1 x¸c suÊt t×m h¹t (theo lÝ thuyÕt x¸c suÊt)
c. Hμm sãng ph¶i liªn tôc v× mËt ®é x¸c suÊtkh«ng thÓ nh¶y vät.
d. §¹o hμ
m bËc nhÊt cña hμ
m sãng ph¶i liªntôc: rót ra ®iÒu kiÖn cña ph− ¬ng tr×nh hμm sãng
4. Ph− ¬ng tr×nh c¬ b¶n cña c¬ häcl− îng tö
æ Ó ¶
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 485/633
Trong c¬ häc cæ ®iÓn cã f/t c¬ b¶n: ma=FTrong c¬ häc LT ph¶it×m ®− îc hμm sãngcña vi h¹t
)r pt(i
0e)t,r (
rr
h
r −ε−
ψ=ψ
)r (.e)t,r (
ti
rrh
ψ=ψ
ε−
ε lμ n¨ng l− îng cña vi h¹t.
)r (
r
ψ lμ
phÇn phô thuéc vμ
o kh«ng gian ®¸p øngph− ¬ng tr×nh :
0)r ()]r (U[m2
)r ( 2 =ψ−ε+ψΔ rr
h
rdinger oSchr &&
Vai trß ph− ¬ng tr×nh Schrodinger trong CHLTgièng nh− f/t c¬ b¶n trong c¬ häc cæ ®iÓn
¸ ö l ® ¸
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 486/633
)x()x()]x(Uxm2
[2
22
εψ=ψ+∂∂−
hTrongkh«ng gian
mét chiÒu:
Δ To¸n tö Laplatz, trong to¹ ®é §ªc¸c:
)r ()zyx
()r (2
2
2
2
2
2rr
ψ∂
∂+
∂
∂+
∂
∂=ψΔ
thÕ n¨ng)r (U r
2
22
xm2 ∂
∂− h To¸n tö
®éng n¨ng xi px ∂∂
−= h
To¸n tö ®éng l− îng
Δ−=22
p 22h
To¸n tö Haminton
Um2
pH2
+=To¸n tö ®éng n¨ng:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 487/633
m2m2Ph− ¬ng tr×nh Schrodinger: T¸c ®éng to¸n tö Haminton lªn hμm sãng cho gi¸ trÞ riªng cñan¨ng l− îng vi h¹t εψ=ψH Trong c¬ häc l− îng tö c¸c ®¹i l− îng vËt lý®Òu lμ c¸c to¸n tö , khi to¸n tö t¸c ®éng lªn hμmsãng cho gi¸ trÞ riªng cña ®¹i l− îng vËt lý ®ã:
ψ=ψ=ψ −ω− .k e p p )r k t(i0
rhrr
k p
r
h
r
= gi¸ trÞ riªng cña ®éng l− îng
5. øng dông5.1. Vi h¹t trong giÕng thÕ
U UU 0 khi 0
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 488/633
U
x0 a
U=
U=0
U=∞ 0 khi 0<x<a∞ khi x≤0 vμ x≥a
Trong giÕng thÕ U(x)=0Ph− ¬ng tr×nh
Schrodinger:)x()x(
xm2 2
22
εψ=ψ∂
∂− h
To¸n tö ®éng n¨ng t¸c ®éng lªn hμm sãng cña vi
h¹t cho gi¸ trÞ riªng cña ®éng n¨ng vi h¹tD¹ng hμm sãng: ψ(x)=Asinkx+Bcoskx
§iÒu kiÖn biªn cè ®Þnh ψ(0)= ψ(a)=0
ψ(x)=Asinkx2
na λ=λπ= 2k
ank π=
λ lμ b−í ã § b i ñ i h t
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 489/633
0 a
n = 0, 1, 2...)xa
nsin(A)x(n
π=ψ
Thay ψn(x) vμo ph− ¬ng tr×nh Schrodinger
)x()x()a
n(m2 nn
22
εψ=ψπh
1dx)xan(sinA 2
a
0
2 =π∫ a2A =
Mçi tr¹ng th¸i vi h¹tøng víi mét hμm sãngψ
n(x)
)xansin(
a2)x(n π=ψ
λ lμ b− íc sãng §¬ br¬i cña vi h¹t
22
)an(
m2π=ε h ε ~ n2 N¨ng l− îng vi h¹t biÕn
thiªn gi¸n ®o¹n: N¨ng l− îng bÞ
l− tö h ¸
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 490/633
l− îng tö ho¸MËt ®é x¸c suÊt tån t¹i vi h¹t
)xa
n(sina
2 2*
π=ψψ=ρ
39
2411
3
21
a/ 2a/ 4 3a/ 40
22
)a
(m2
πh
n
0
ε ®v( )
0
ρ n
5.2. HiÖu øng ®− êng hÇmU
Umax W
§èi víi c¬ cæ ®iÓn nÕu n¨ng
l− h t W<U th× h t
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 491/633
Umax W x l− îng h¹t W<U th× h¹tkh«ng v− ît qua ®− îc hμng
rμo thÕ §èi víi c¬ häc LT vi h¹t cã kh¶ n¨ng xuyªn quahμng rμo thÕ cao h¬n n¨ng l− îng cña nã: HiÖuøng xuyªn hÇm
U
x
a0
U0I II IIIψ1(x) ψ2(x)
ψ3(x)U=
0 x≤0 miÒn I
U0 0<x<a miÒn II0 x≥a miÒn III
Ph− ¬ng tr×nh Schrodinger cho ba vïng
21
2
12
12 mW2
0k dx
d
h
==ψ+ψ 2
1
kvíimiÒn I
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 492/633
2112dx h1
)WU(m2
0k dx
d 0
22
22
2
22
−==ψ+ψ
h
22kvíi
23
2
12
32 mW2
0k dx
d
h
==ψ+ψ 2
1kvíi
miÒn II
miÒn III
NghiÖm cña c¸c ph− ¬ng tr×nh:xik
1
xik
1111
eBeA)x( −
+=ψ xk 2
xk 22
22 eBeA)x( −+=ψ)ax(ik
3)ax(ik
33 11 eBeA)x( −−−
+=ψ
HÖ sè truyÒn qua /xuyªn hÇm 2
1
23
*11
*33
|A||A|D =
ψψψψ=
Theo tÝnh chÊt liªn t c cña hμm sãng μ ®¹o hμm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 493/633
Theo tÝnh chÊt liªn tôc cña hμm sãng vμ ®¹o hμmbËc nhÊt cña hμm sãng.
T¹i c¸c bê:ψ1(0)= ψ2(0)
ψ’1(0)= ψ’2(0)ψ2(a)= ψ3(a)
ψ’2(a)= ψ’3(a)
C¸c hÖ thøc:A1+B1= A2+B2
ik1(A1-B1)= -k2(A2+B2)A2e-k2a +B2e
k2a = A3
-k2(A
2e-k2a +B
2ek2a)=ik
1A
3B3=0, kh«ng cã sãng ph¶n x¹ tõ v« cïng
Tõ 2 ph− ¬ng tr×nh cuèi x¸c ®Þnh A2, B2 qua A3
ak 32
2eA2in1A −=
in1 WU
W
k
k n 1 ==
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 494/633
ak 32
2eA2
in1B −+=
WUk 02 −
Coi W<<U0 hoÆcbÒ réng cña hμng
rμo lín k2a>>1
ak 31
2eA
4
)ni1)(in1(A
+−=
ak 2
2
2
2
e)n1(
n16
D
−
+= 1~
)n1(
n16
2
2
+(U0 ~10W)
)WU(m2a2
ak 2 0
2 eeD−−
− == h
MÆc dï W<U0 vÉn cã h¹t xuyªn qua hμng rμo thVíi ®iÖn tö m=9,1.10-31kg, U0-W=1,28.10-31J
a(m) 10-10 1 5 10-10 2 10-10 5 10-10
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 495/633
a(m) 10 10 1,5.10 10 2.10 10 5.10 10
D 0,1 0,03 0,008 5.10-7
D ®¸ng kÓ khi a nhá: HiÖu øng xuyªn hÇm chØx¶y ra ë kÝch th− íc vi m«
=> TÝnh sãng cña vi h¹tPh¸t x¹ ®iÖn tö l¹nh
Ph©n r· h¹t α
5.3.Dao tö ®iÒu hoμVi h¹t chuyÓn ®éng theo
ph−¬ng x trong tr−êng thÕ
2kx2
1U = dao ®éng
ion ngtö
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 496/633
ph− ¬ng x trong tr− êng thÕ 2ThÕ n¨ng
2
xmU
22ω=
ph− ¬ng tr×nhSchrodinger
0)2
xm(
m2
dx
d 22
22
2
=ψω−ε+ψh
Gi¶i ra cãn¨ng l− îng )
2
1n(n +ω=ε h n=0 cã
20
ω=ε h
N¨ng l− îng “Kh«ng”: ngay c¶ khi T=0 vÉn cãdao ®éng => Phï hîp víi hÖ thøc bÊt ®Þnh:
Δx=0 th× Δpx vÉn kh¸c 0
ion,ngtö
5.4. Quay tö Vi h¹t chuyÓn ®éng tù do trªn mét mÆt cÇu x¸c
®Þnh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 497/633
®Þnh=>øng dông N/C ph©n tö 2 nguyªn tö, H
V(r)=V(a)=const -> Chän V(a)=0
0m22 =ψε
+ψΔ h
2
2
ma2
)1( +=ε
llhl
Gi¶i ra t×m ®− îc n¨ng l− îng
n¨ng l− îng quay tö còng gi¸n ®o¹n: l− îng tö ho¸
,...3,2,1,0 =l
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 498/633
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊnViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 499/633
VËt lý ®¹i c− ¬ng
Quang häc sãng
Ch− ¬ng 3
Giao thoa ¸nh s¸ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 500/633
Giao thoa ¸nh s¸ng1. C¸c kh¸i niÖm c¬ së
1.1 Quang lé: Quang lé L gi÷a hai
®iÓm A, B (AB=d) lμ
®o¹n ® −
êng ¸nh s¸ng truyÒn ® − îc trong ch©n kh«ng trong
kho¶ng thêi gian t, trong ®ã t lμ
kho¶ng thêi gian mμ ¸nh s¸ng ®i ® − îc ®o¹n AB
trong m«i tr−
êng.
ctL =cn
A Bd⇒=
v
d t L= nd.
chiÕt suÊt m«i tr−êng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 501/633
L=n1d1+n2d2+...+nndn =
vcn =
∑i
iid n
n1d1
n2d2
n3d3
v chiÕt suÊt m«i tr− êng
NÕu ¸nh s¸ng ®i quanhiÒu m«i tr− êng:
1.2. §Þnh lý Malus (Maluýt):Quang lé gi÷a hai mÆt trùc giao cña mét
chïm s¸ng th× b»ng nhau
hai mÆt trùc giao hai mÆt trùc giao
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 502/633
hai mÆt trùc giao hai mÆt trùc giao
L1= n1A1I1+n2I1A2+n2A2A3
L2= n1B1B2+n1B2I2+n2I2B3
n1sini1 = n2sini2
Quang lé L1 gi÷a A1,A3 vμ L2 gi÷a B1,B3:
A2
A3
I2
B3n2
n1
A1
I1
B2B1
i1
i2
i1i2
2
2
I
I
1
21
I
Bsini =
2
2
I
A
1
12
I
Isini =
Suy ra n1B2I2 = n2I1A2vμ L1=L22
2
I
I
1
2111
I
Bnsinin =
2
2
I
A
1
1222
I
Insinin =
2. C¬ së cña quang häc sãng
2 1 Hμ
m sãng cña ¸nh s¸ng:¸nh s¸ng lμ mét lo¹i sãng ®iÖn tõ: Tõ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 503/633
2.1. H m sãng cña ¸nh s¸ng:¸nh s¸ng lμ mét lo¹i sãng ®iÖn tõ : Tõ
tr−
êng vμ
®iÖn tr−
êng biÕn thiªn trong kh«ng gian.Er
Hr
vr
ChØ cã thμnh phÇn ®iÖn tr− êng t¸c dông
vμo m¾t míi g©y c¶m gi¸c s¸ng
Er
→ Dao ®éng cña lμ dao ®éng s¸ng:rO
x0= a cosωt -dao ®éng t¹i gèc O
)L2
tcos(ax
λ
π−ω=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 504/633
T¹i r:(τ thêi gian trÔ)
)L2
tcos(a)c
L
T
2tcos(a
λ
π−ω=
π−ω
x0= a.cosωt -dao ®éng t¹i gèc O.
x= acos ω(t -τ) =
2. 2. c− êng ®é s¸ng:C− êng ®é s¸ng t¹i mét ®iÓm lμ mét ®¹i l− îng cãtrÞ sè b»ng n¨ng l− îng truyÒn qua mét ®¬n vÞdiÖn tÝch ®Æt vu«ng gãc víi ph− ¬ng truyÒn s¸ngtrong mét ®¬n vÞ thêi gian:I = ka2, k lμ hÖ sè tû lÖ. LÊy k = 1 cã: I = a2.
2.3. Nguyªn lý chång chÊt:Khi hai hay nhiÒu ¸nh s¸ng gÆp nhau th× tõng
sãng riªng biÖt kh«ng bÞ c¸c sãng kh¸c lμ
mnhiÔu lo¹n Sau khi gÆp nhau c¸c sãng ¸nh s¸ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 505/633
sãng riªng biÖt kh«ng bÞ c¸c sãng kh¸c l mnhiÔu lo¹n. Sau khi gÆp nhau, c¸c sãng ¸nh s¸ngvÉn truyÒn ®i nh− cò, Cßn t¹i nh÷ng ®iÓm gÆpnhau dao ®éng s¸ng b»ng tæng c¸c dao ®éngthμnh phÇn.
2.4. Nguyªn lý Huyghen:Nh÷ng sãng tõ nguån O truyÒn ra ngoμi mÆt kÝn
bÊt k× S bao quang nguån O, cã tÝnh chÊt giènghÖt nh÷ng sãng mμ ta sÏ cã, nÕu ta bá nguån O
®i vμ
thay b»ng nh÷ng nguån phô (thø cÊp) thÝchh h©n hèi trªn m t S.
3. Giao thoa ¸nh s¸ng bëi 2 nguån kÕt hîp3.1. T¹o hai nguån s¸ng kÕt hîp: Hai
sãng kÕt hîp cã hiÖu pha kh«ng ®æi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 506/633
sãng kÕt hîp cã hiÖu pha kh«ng ®æi.Hai nguån s¸ng kh¸c nhau kh«ng ®¸p øng
®iÒu kiÖn ®ã.khe Young hay g− ¬ng Frenen:
r1 r2 yDO1
O2
l
O2
O1
S
O1O2 lμ 2 nguån
kÕt hîp (thø cÊp)
O1O2 lμ 2 nguån kÕt hîp
(¶o)
3.2. Kh¶o s¸t hiÖn t− îng giao thoa:
)L2
tcos(ax 11
λ
π−ω=
L2π )LL(2π
ΔHiÖu pha
r1 r2 yDO1
O2
l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 507/633
)L2
tcos(ax 22
λ
π−ω= )LL( 21 −
λ=ϕΔ
HiÖu pha
Kho¶ng c¸ch 2 v©n s¸ng liªn tiÕp i= λD/l
2lD1)(2ky λ+=
lDk y λ=L1-L2=r1-r2=kλ V©n s¸ng
L1-L2=r1-r2=(2k+1)λ /2V©n tèi
C¸c v©n giao thoa cã d¹ng hypecbol ®èi xøngqua v©n gi÷a.V©n gi÷a lμ v©n s¸ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 508/633
• Giao thoa ¸nh s¸ng tr¾ng
0,4μm ≤ λ ≤ 0,76μm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 509/633
4. Giao thoa g©y bëi c¸c b¶n máng4.1. B¶n máng cã bÒ dÇy
thay ®æi -V©n cïng ®é dμyO
Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 510/633
y g é yO
C
M
B d
R
nL1-L2=OB+n(BC+CM)-(OM+λ /2)= n(BC+CM)-RM-λ /2
HiÖu quang lé:
i1
i2
RM=BM.sini1=2d.tgi2.sini1 BC = CM = d/cosi2
2isintgi.d 2icos
d 2
nLLL 122
21
λ
−−=−=Δ
Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸yd− íi (®á) giao thoa víi tiaph¶n x¹ tõ mÆt trªn (xanh)cña tÊm
i1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 511/633
• Nªm kh«ng khÝ
d
Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸yd− íi (®en) tÊm trªn giao
thoa víi tia ph¶n x¹ tõ mÆttrªn (®á) cña tÊm d−íi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 512/633
HiÖu quang lé L1-L2 =2d+ λ /2V©n s¸ng: L1-L2 =2d+ λ /2=k λ
dS = (2k-1)λ /4V©n tèi: L1-L2 =2d+λ /2=(2k+1) λ /2
dT =k.λ /2
ø ng dông: KiÓm tra ®é ph¼ngcña kÝnh sai sè 0,03-0,003 μm
p ¹ Ætrªn (®á) cña tÊm d− íi
• V©n trßn Niut¬n
R
Tia ph¶n x¹ tõ tÊm ph¼ng
(xanh) vμ Tia ph¶n x¹ tõ mÆt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 513/633
dk
rk
V©n tèi : dk =k. λ /2B¸n kÝnh v©n:
2
k
2
k )d R (R r −−=
k R Rd 2r k k λ=≈
V©n s¸ng : dk =(2k-1). λ /4
( ) p ¹ Æcong cÇu (®á) giao thoa víi
nhau:
4.2. B¶n máng cã bÒ dÇy kh«ng®æi - V©n cïng ®é nghiªng M
Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y d−íi giao thoa víi tia i
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 514/633
d, n
2
)isinn(d 2L 1
22 λ−−=Δ
ΔL=kλ S¸ng ΔL=(2k+1)λ /2 Tèi
p®¸y d− íi giao thoa víi tiaph¶n x¹ tõ mÆt trªn cñatÊm
i1
C¸c v©n giao thoa s¸ng tèi lμ c¸c vßng trßn ®ångt©m.d=const → v©n tuú thuéc vμo i1→ V©n cïng ®énghiªng
4.3. ø ng dông hiÖn t− îng giao thoa• Khö ph¶n x¹ c¸c mÆt kÝnh
ntk > n > 1ΔL=2dn=λ /2 d 0 λλ
d
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 515/633
ntk
n
ΔL=2dn=λ0 /24n4
d 0 ==
λ0 trong ch©n kh«ng, λ trong líp phñ
tk nn = λ0 =0,555μm ¸nh s¸ng nh¹y nhÊt
• §o chiÕt suÊt chÊt láng vμ chÊt khÝ - Giao thoakÕ Rª l©y (Rayleigh)
Thay b»ng chÊt cÇn ®odÞch ®i m kho¶ng v©n
mλ = (n-n0)d 0nd
m
n +
λ
=
2 èng ®Òu ®ùng chuÈn
n0
n0
d
n
• §o chiÒu d μi - Giao thoa kÕ Maikenx¬n Micheson
G1
P’ M2
M1
M’2ΔL=0 V©n trung t©m s¸ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 516/633
G2
P
AO
l
DÞch ®i m kho¶ng v©n
2l = mλ l = mλ /2• ThÝ nghiÖm Maikenx¬n
Chøng minh tiªn ®Ò Anhxtanh vÒ vËn tèc AS
Gi¶ thiÕt: Tr¸i ®Êt quay quanh mÆt trêi víi vËntèc v. Theo c¬ häc cæ ®iÓn vËn tèc AS :däc theo ph− ¬ng ch®éng cña tr¸i ®Êt: c // = c±vVu«ng gãc víi ph− ¬ng c® cña tr¸i ®Êt: c⊥ = c
G1
AOM2
M1 AM1=AM2= l
AM2
// ph− ¬ng ch®éngtr¸i ®Êt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 517/633
G2
P
AO
t1 thêi gian ®i AM1, t2 thêi gian ®i AM2
222221
1
c
c2
vc
c2
vcvct β−=−=++−=
llll
c
v
=β2
2 1
1
1β+≈
β− )1(c
2
t
2
2 β+=
l
AM1⊥ ph− ¬ng ch®éng
tr¸i ®Êt
Trong thêi gian t1 tr¸i ®Êt ®i ®− îc: AA’=vt1
c
'2t1
l=
4
tv
c
2 2
1
22 += l )
2
11(
c
2t 2
1 β+≈ l
HiÖu quang lé δ1=c(t1-t2)=
M1
'l'll
2β− l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 518/633
AA’Öu qua g é δ1 c(t1 t2)
G1
G2
P
AO
M2
M1
Quay giao thoa kÕ ®i 90o
:δ2- δ1 =
HÖ thèng v©n dÞch ®i
λ
β=
22m
l
m=0,37Kh«ng ®óng víi TN
→ c=3.108m/s trong mäi hÖ
QC qu¸n tÝnh
22 βl2
2 β=δ l
l βl
=11m, β2 ≈10-8l
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 519/633
Ë ¹
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊnViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 520/633
Ch− ¬ng 8
VËt lý h¹t nh©n
ù ®äc vÒ CÊu t¹o vμ C¸c tÝnh chÊt c¬ b¶ncña h¹t nh©n nguyªn tö: Khèi l− îng, c¸c nuclon
KÝch th− íc h¹t nh©n: R=r0.A1/3m.(1 2 1 5) 10 15 i lμ b¸ kÝ h ®iÖ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 521/633
r0=(1,2-1,5) 10-15m gäi lμ b¸n kÝnh ®iÖn
Spin h¹t nh©n: hr
.)1 j( j|J| i +=
Lùc h¹t nh©n, n¨ng l− îng liªn kÕt
Phãng x¹: HiÖn t− îng, ®Þnh luËt, ®o l− êng, antoμn phãng x¹, phãng x¹ nh©n t¹o.
T − ¬ng t¸c h¹t nh©n.
• C¸c tÝnh chÊt c¬ b¶n cña h¹tnh©n nguyªn tö
Proton (p) mp=1,007825u, ep=1,6.10-19
CN¬tron (n) m =1 008665u Kh«ng cã ®iÖn tÝch
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 522/633
N¬tron (n) mn=1,008665u, Kh«ng cã ®iÖn tÝch
Sè khèi A=N+Z Z -Sè p, N- Sè n -> Sè nuclon
Ký hiÖu zXA 2He4
H¹t nh©n ®ång vÞ: Cïng Z kh¸c N
§ång vÞ cña hydrop
1H1
pn
1H2
pn
n
1H3
u=1,66.10-17kg
§ång khèi: Cïng A kh¸c Z 60 cÆp
16S36
18Ar3651Sb123
52Te123
H¹t nh©n g − ¬ng : Sè p cña h¹t nμy b»ng sè
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 523/633
n cña h¹t kia pn n
1H3
pn
2He3
p
• KÝch th− íc h¹t nh©nKh¶o s¸t b»ng t¸n x¹ n¬tron 20-50eV: R~10-14m
®èi víi Pb, U; R~6.10-15m ®èi víi FeB»ng ph¶n øng h¹t nh©n víi h¹t tÝch ®iÖn:(lùc
®Èy cul«ng) R=1,4.10-15.A1/3m.
So s¸nh liªn kÕt c¸c h¹t nh©n g − ¬ng : n¨ng l− îngdo proton cao h¬n n¬tron vμ lùc ®Èy cul«ng
0
2
4
1
R
Ze
5
6
πε R=1,3.10-15
.A1/3
m.KÕt qu¶ tæng hîp: R=r A1/3m
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 524/633
KÕt qu¶ tæng hîp: R=r0.A1/3m.
r0=(1,2-1,5) 10-15m gäi lμ b¸n kÝnh ®iÖnKhèi l− îng riªng cña
h¹t nh©n:
317
3
pm/kg10
3/R 4
A.m=
π
=ρ
Spin h¹t nh©n: C¸c nuclon cã momen spin vμ orbital
iii
SLJrrr
+=Cña nuclon thø i Cña c¶ h¹t nh©n: ∑=
i i
JJrr
hr
.)1 j( j|J| i += A ch½n j=0,1, 2, 3 ... A lÎ j=1/2, 3/2, 5/2...sè LT
spin HN
• M«men tõ h¹t nh©n do m«mentõ cña c¸c nuclon t¹o thμ nh
∑∑∑ μ+μ+μ=μ N
i
nS
z
i
PS
z
i
PL iii
rrrrn¬tron kh«ng cã®iÖn tÝch nªn kh«ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 525/633
iiicã m«men tõ orbital
T/J10.05,5m2
e 27
P
−
==μ
h
Magneton h¹t nh©n-®¬n vÞm«men tõ h¹t nh©n
M«men tõ h¹t nh©n = 1000-1 m«men tõ ®iÖn tö.
Céng h− ëng tõ h¹t nh©n øng dông trong kh¸mbÖnh.
• T¸c dông gÇn 10-15m.
Lùc h¹t nh©n:
nuclonnuclon
π
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 526/633
•T/C b·o hoμ: chØ víi nuclon c¹nh• Lùc trao ®æi mezon π cã khèi l− îng 200-300me, Cã 3 lo¹i: π+ π0 π-
• Phô thuéc vμo ®Þnh h− íng cña spin h¹t nh©n
• Kh«ng phô thuéc vμo ®iÖn tÝchnuclonnuclon
π
•Khèil− îng, n¨ng l− îng liªn kÕth¹t nh©n§¬n vÞ khèi l− îng u=m
C12 /12 = 1,66.10-27kg
uc2=931,44MeV§é h t khèi ΔM Z +(A Z) M
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 527/633
§é hôt khèi: ΔM=Zmp+(A-Z)mn-M
N¨ng l− îng liªn kÕt WLK= ΔM.C2
8N¨ng l
−
îng liªn kÕt riªng ε= WLK /A
A
ε MeV
40 120 140
1
He • 1H2 -> 1H
3 -> 2He4:
1,1 ->2,8->7MeV• 120->240: 8MeV->7MeV
• 40 -> 140: 8MeV-8,6MeV
• Phãng x¹: α β+ β- γKh«ng bÒn v÷ng -> BÒn v÷ng
0M)MM(M 22
2A2Z
AZ >Δ=+− −
−
W= ΔM C2 thμnh ®éng n¨ngcña c¸c s¶n phÈm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 528/633
W= ΔM.C thμnh ®éng n¨ngcña c¸c s¶n phÈm
ph©n r· §Þnh luËt ph©n r·Thêi ®iÓm t sè h¹t nh©n N
Thêi ®iÓm t+dt sè h¹t nh©n N-dN
-dN=λNdt
-dN/N= λdtN=N0e
- λt =>N0 /2= N0e- λT1/2
T 1/2=ln2/ λ
t
N
N0 /2
T 1/2
H=λN ®é phãng x¹ =
sè ph©n r· trong 1s
ZXA
-> Z-2YA-4
+ 2He4
ZXA
-> Z+1YA
+ e-
Am241S¬ ®å ph©n r· cña
• Quy t¾c dÞch chuyÓn, hä phãngx¹ tù nhiªn
A=4n+1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 529/633
Pb209
Bi209
Ra225 (15 ngμy)
Np237(2,3.106n¨m)
α
β
Pb206α βU238
(4,5.109n¨m)
(1,6.103n¨m)
Ra226
U(92)
Ra(88)
Pb(82)
Pb208
β α Th232(1,4.1010n¨m)
Ra224
Pb207
βα
U235(7,1.108n¨m)
Ra223 (11 ngμy)
p
4 hä phãng x¹ tù nhiªn
A=4n+1
A=4nA=4n+2
Ac A=4n+3
• C©n b»ng phãng x¹: Sau t thêi gian T 1>>t>>T 2 tèc ®é ph©n r· cña h¹t nh©n con b»ng
tèc ®é ph©n r· cña h¹t nh©n mѧé phãng x¹ cña nguån gåm chuçi 3 h¹t nh©n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 530/633
é p g ¹ g g ¹
X1-> X2-> X3=> H=λ1N1+ λ2N2 + λ3N3
C©n b»ng phãng x¹ bÒn cho 1 chuçi nèi tiÕp nhau
λ1N1= λ2N2 = λ3N3=...= λnNn• Phãng x¹ nh©n t¹o:B¾n ph¸ b»ng n:
11Na23 -->
11Na24 =
12Mg24 + β-
B¾n ph¸ b»ng α : 5B10 --> 7N
13 = 6C13+ e+
B¾n ph¸ b»ng n : 27Co59 -> 27Co60 KÝch thÝch
27Co60 KÝch thÝch -> 27Co60 c¬ b¶n+ γ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 531/633
• Møc phãng x¹ cho phÐpH( Sv-Sievert) =D( Gy- Gray)*Q Gy=1J/kg
Q - HÖ sè phÈm chÊtTi X h t β 1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 532/633
Tia X, h¹t β 1
N¬tron <10KeV 3N¬tron >10KeV 10
Proton 10H¹t α 20
HÖ sè phÈm chÊt cμng caocμng nguy hiÓm !
• Møc phãng x¹ cho phÐp mSv/n¨mLμm viÖc trùc tiÕp:
Toμn th©n, Bé phËn SD,m¾t 50Da toμn th©n 300
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 533/633
Tay, ch©n 750D©n c− :Toμn th©n 5
Bé phËn sinh dôc 1,7 TuyÖt ®èi kh«ng ®Ó tia phãng x¹ (tia X, α, β+,
β-, γ...) chiÕu trùc tiÕp lªn c¬ thÓ. Tu©n thñ ®óng, ®Çy ®ñ c¸c h− íng dÉn khi vËn
hμnh m¸y cã phãng x¹.
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng¸ i¶ GS S ç Ê
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 534/633
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 535/633
Ch−
¬ng 7
VËt lý nguyªn tö
1. Nguyªn tö hydro
+
-e
y
z
0 rθ
ChuyÓn ®éng cña ®iÖn tö
trong nguyªn tö hydro r 4ZeU
0
2
πε−=1.1 Ph− ¬ng tr×nh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 536/633
x
yϕ
Schrodinger 0)
r 4
ZeE(
m2
0
2
2 =ψπε
++ψΔh
),,r ( ϕθψ=ψ
x=r.sinθcosϕ y=r.sinθsinϕ z=rcosθ
0)
r 4
ZeE(
m2
sinr
1
)(sin
sinr
1)
r
r (
r r
1
0
2
22
2
22
2
2
2
=ψ
πε
++
ϕ∂
ψ∂
θ
+
θ∂
ψ∂θ
θ∂
∂
θ
+
∂
ψ∂
∂
∂
h
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 537/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 538/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 539/633
0)e)a
Z(4dr
d 0a
Zr 2
3
0
0,1 ==ρ −
0aZr-(1.2r
§èi víi H, Z=1 cã r=0 vμ r=a0.
)r (0,1ρ
r
0 53 10 10e Gi¶i thÝch quang phæ H
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 540/633
a0
=0,53.10-10mB¸n kÝnh Bohr
e. Gi¶i thÝch quang phæ H
K
O
L
NM
n=6n=5n=4n=3n=2
n=1
Liman)n
1
1
1(R
22 −=υ Perfund)
n
1
5
1(R
22 −=υ
Bracket)n
1
4
1(R
22 −=υ
Pasen)n
1
3
1
(R 22 −=υBanme)
n
1
2
1(R
22 −=υ
H
å n g n g o
¹ i !
Cùc tÝm
¸nh s¸ng nhÝn thÊy
2. Nguyªn tö kim lo¹i kiÒm2.1. N¨ng l− îng cña ®iÖn tö ho¸ trÞ trong
nguyªn tö kim lo¹i kiÒm- -
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 541/633
+
- -
-- - -
-- -
Na
+-
-
-
Li
+ -
H
§iÖn tö ho¸ trÞ t− ¬ng t¸c víi h¹t nh©n vμ c¸c
®iÖn líp trong (víi lâi nguyªn tö)
lΔ
N¨ng l− îng tÝnh t− ¬ng tù nh− cña H vμ thªmphÇn bæ chÝnh
Z Nguyªn tè Δs Δp Δd Δf
2n)n(
RhWl
l Δ+−=
phô thuéc vμo s è l
− îng tö l v
μnguyªn tè lΔ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 542/633
3 Li -0,412 -0,041 -0,002 011 Na -1,373 -0,883 -0,010 -0,001
37 Rb -3,195 -2,711 -1,233 -0,012
1S
2S2P
n=2
n=1
3S3P 3D
n=3
2.2. Tr¹ng th¸i vμ møc n¨ngl− îng bÞ t¸ch
n Tr¹ng th¸i Møc n¨ng l− îng Líp1 0 1s 1S K
l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 543/633
1 0 1s 1S K
2 0 2s 2S L1 2p 2P
3 0 3s 3S M1 3p 3P
2 3d 3D
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 544/633
2.4. M«men ®éng l− îng vμ m«mentõ cña ®iÖn tö chuyÓn ®éng quanh
h¹t nh©nM«men ®éng l− îng/orbital: QuÜ ®¹o kh«ng x¸c®Þnh > vÐc t¬ m«men kh«ng x¸c ®Þnh Gi¸ trÞ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 545/633
®Þnh -> vÐc t¬ m«men kh«ng x¸c ®Þnh. Gi¸ trÞx¸c ®Þnh: hll .)1(L +=
= 0, 1, 2, ..., n-1 Sè l− îng tö quÜ ®¹oH×nh chiÕu lªn ph− ¬ng bÊt kú:
h.mLz = m=0, ±1, ±2..M«men ®éng l− îng vμ h×nh chiÕu cña nã ®Òu
bÞ l− îng tö ho¸
l
l±
M«men tõ: §iÖn tö quay quanh h¹t nh©n g©y radßng ®iÖn ng− îc chiÒu víi chiÒu quay
-> m«men tõ ng−
îc chiÒu víi m«men ®éngl− îng Lm
e
e
rr
2−=μ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 546/633
e
z
e
z Lm2
e
−=μ B
emm2
em μ−=−= h
224
Am10.26,9 −
=-> H×nh chiÕu cña m«men tõ lªn z ®− îc l− îng tö
ho¸
e
Bm
e
2
h
=μ Magneton Bohr:
H×nh chiÕu cña m«men tõ lªn z:
2.5. HiÖn t− îngDiman/Zeeman:
H
B=0 ->1 v¹ch
B≠0-> 3 v¹ch
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 547/633
Nam ch©m ®iÖn Phim ghi QP
B≠0 > 3 v¹ch
N¨ng l− îng t− ¬ng t¸c gi÷a m«men tõ cña ®iÖn tö
víi tõ tr− êng cña nam ch©m:B.Wrr
μ−=Δ BmBW Bz μ=μ−=ΔMøc n¨ng l− îng cña ®iÖn tö
BmWW Bμ+=′
Bøc x¹ khi tõ møc W’2 xuèng møc W’1 cã:
h
Bm
h
WW
h
WW B12'
1'2, μΔ
+−
=−
=υ
Δm=0, ±1 nªn cã =υ'hBB
υμ+υ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 548/633
3 v¹ch øng víi υ
hBBμ−υ
3. Spin cña ®iÖn tö
Nhê cã thiÕt bÞ quang phæ tinh vi ph¸t hiÖn cÊutróc béi phæ: c¸c v¹ch sÝt nhau: Cña Na 28,90 vμ
28,96pm ThÝ nghiÖm cña Anhxtanh-§¬g¸t
§o ®− îc tû sè em
e
L
−=μ
μr
Lr
Gi¶i thÝch: Do vËn ®éng néi t¹i,®iÖn tö cã m«men spin Sr
h
em2e−Kh«ng ®óng víi hÖ sè tõ c¬ lý thuyÕt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 549/633
.m2S sz h
h
=±=
Sè l−
îng tö h×nh chiÕu spin2
1
ms ±=h.)1s(sS += s-Sè l− îng tö spin
M«men tõ riªng
S
m
e
m2
e
e
s
e
Bsz
rrhm −=μ⇒=μ±=μ
§óng kÕtqu¶ thùc
nghiÖm
H×nh chiÕu lªntrôc z lμ:
+- -
-
-
-
-
- -
--
-
Na
M«men tõ riªng(spin): Sem
es
rr−=μL
m2
e
e
L
rr−=μ
M«men tõ orbital:
• Các điện tử có spin vớ i số lượ ng tửspin ms↑ hoặc ms↓ các momen spin
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 550/633
Natạo ra các momen từ spin riªng.
• Momen từ orbital g©y ra m«men c¶m øng
trong tõ tr−
êng ®ãng gãp vμ
o tÝnh nghÞch tõ , cßnmomen tõ spin ®ãng gãp vμo tÝnh thuËn tõ
+- ↑sm
- ↓sm He+
- ↑sm
H
LÎ ®iÖn tö: thuËn tõ Ch½n sè ®iÖn tö: nghÞch tõ
=> HÖ sè tõ c¬ lμ e/me.
Do t− ¬ng t¸c gi÷a m«men tõ riªng vμ m«men tõ quü ®¹o vμ gi÷a c¸c m«men tõ riªng cña c¸c®iÖn tö trong nguyªn tö, nªn:
4. Tr¹ng th¸i vμ n¨ng l− îng ®iÖntö trong nguyªn tö
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 551/633
§iÖn tö cã m«men toμn phÇn: SLJ rrr +=Gi¸ trÞ cña J lμ h.)1 j( jJ +=j lμ sè l− îng tö m«men toμn phÇn
21 j ±= l
Ö g g y ,
Tr¹ng th¸i l− îng tö cña ®iÖn tö trong nguyªn tö gåm 4 sè l− îng tö: n, , m vμ msl
l
=> n¨ng l− îng toμn phÇn cña ®iÖn tö phô thuéc
vμo 3 sè l− îng tö n, vμ j
=>CÊu tróc tÕ vi cña møc;KÝ hiÖu n2X j sè 2 chØ møc kÐp:−
0=l chØ cã 1 møc;2
1 vμ +− ll 210>l t¸ch thμnh 2 møc øng víi
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 552/633
n =1, 2, 3, ... Sè l−
îng tö chÝnhX=S, P, D, F, ...øng víi
21 j ±= l
Sè tr¹ng th¸i trong líp n lμ 2
1n
0
n2)12(2 =+∑−
=l
l
,...3,2,1,0=l
1 0 1/2 1s 1/2 12S1/2
2 0 1/2 2s 22S
Tr¹ng th¸i ®tö ho¸ trÞ trong H vμ klo¹i kiÒm:n j tr¹ng th¸i Møc®tö ho¸ trÞ n¨ng l− îng
l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 553/633
2 0 1/2 2s1/2
2 S1/21 1/2 2p 1/2 22P 1/2
3/2 2p 3/2 22P 3/2
3 0 1/2 3s 1/2 32S1/2
1 1/2 3p 1/2 32P 1/2
3/2 3p 3/2 32P 3/2
2 3/2 3d 3/2 32D3/2
5/2 3d 5/2 32D5/2
5. CÊu t¹o béi/tÕ vi/ cña v¹ch phæ
chuyÓn møc ph¸t x¹ hν = 2S- 3P
3P 32P 3/2 2 2
Qui t¾c chuyÓn møc:Tõ møc cao xuèng møc thÊpΔn bÊt kú, , Δ j= 0, ±11±=Δl
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 554/633
2S
32P 1/2
22S1/2
hν = 2S- 3P hν1 = 22
S1/2 -32
P 3/2
hν2 = 22S1/2 -32P 1/2
chuyÓn møc ph¸t x¹ hν = 2P-3D
2P
3Dhν = 2P- 3D
22P 1/2
22P 3/2
32D5/2
32D3/2
hν1 = 22P 1/2- 32D3/2
hν3 =22P 3/2-32D5/2
hν2 =22P 3/2-32D3/2
béi 2
béi 3
6. Kh¸i niÖm vÒ hÖ thèng tuÇnhoμ n Men®ªleep
N¨m 1869 Men®ªleep x©y dùng hÖ thèngtuÇn hoμn c¸c nguyªn tè: tÝnh chÊt ho¸, lý cña
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 555/633
c¸c nguyªn tè mang tÝnh tuÇn hoμn.
Nguyªn lý Pauli: ë mét tr¹ng th¸i l− îng tö gåm 4 sè l− îng tö n, , m, ms chØ cã thÓ cãtèi ®a 1 ®iÖn tö
l
K 1 2 S 2L 2 8 S 2P 6
Líp n Sè ®iÖn tö Líp con Sè ®iÖn tö tèi ®a=2n2 )12(2 +l
0=l
1=l
0=l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 556/633
M 3 18 S 2P 6
D 10N 4 32 S 2
P 6D 10
F 14
0=l
0=l
1=l
1=l
2=l
3=l
2=l
+
3s23p63d10
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 557/633
VÝ dô:
Al: 1s22s22p63s23p1
Cl: 1s22s22p63s23p5
Ar: 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
1s22s22p6
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ngT¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 558/633
g gä
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
−
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 559/633
Ch−
¬ng 4 NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng
1. HiÖn t−
îngnhiÔu x¹ ¸nhs¸ng
Lç to
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 560/633
lμ hiÖn t− îng tia s¸ng lÖch khái ph− ¬ng truyÒn
khi ®i gÇn ch− íng ng¹i
¶nh
nhiÔux¹
Tia s¬ cÊp , tia nhiÔu x¹
gãc nhiÔu x¹
ϕ
Lç nhá
2. Nguyªn lý Huyghen - FrenenBÊt k× ®iÓm nμo mμ AS truyÒn qua ®Òu trë thμnh
nguån s¸ng thø cÊp ph¸t AS vÒ phÝa tr−
íc nã.Biªn ®é vμ pha cña nguån thø cÊp lμ biªn ®é vμpha cña nguån thùc g©y ra t¹i vÞ trÝ cña nguån
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 561/633
p g g y gthø cÊp
MO
dSθ0
θ
S
r1r2
Biªn ®é tõ dS chiÕu ®Õn M
21
0
r r
dS),(A)M(a θθ= θ,θ0 cμng
nhá A cμng
lín
)
v
r r t(cos
r r
dS),(A)M(x 21
S 21
0 +−ω
θθ=
∫
3. Ph− ¬ng ph¸p ®íi cÇu Frªnen
R 2 b λ+2
3 b λ
+
0
1
3
λ+
π
=Δ bR
Rb
S
k Rb
r λ
=
θ
3.1 §Þnh nghÜa, tÝnh chÊt ®íi cÇu Frªnen:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 562/633
O MB
HiÖu quang lé AS tõ 2 ®íi cÇu liªn tiÕp ΔL=λ /2
b
24 b λ+
22 b λ
+
2
4 bR k +
k=1, 2,...
a tû lÖ nghÞch víi θ:a1> a2> a3>...> an>...)aa(
2
1a 1k 1k k +− +=
Biªn ®é s¸ng t¹i M: a=a1-a2+ a3- a4... ± an...
+ n lÎ, - n ch½n
3.2. NhiÔu x¹ qua lç trßn g©y bëi nguån ®iÓmë gÇn:
MO
RCã n ®íi cÇu, Biªn ®é s¸ng t¹i M
a=a1-a2+ a3- a4... ± an
+ n lÎ, - n ch½n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 563/633
2
a...)
2
aa
2
a()
2
aa
2
a(
2
aa n5
433
211 ±++−++−+=
+ n lÎ, - n ch½n2
a
2
aa n1 ±=
NhiÒu ®íi cÇu an ->0 => I0=a2 4
a
I
2
10 =
Chøa sè lÎ ®íi cÇu
0
2n1 I)2
a
2
a(I >+=
Chøa sè ch½n ®íi cÇu 02n1 I)
2a
2a(I <−=
n=2 => I2=0 n=1 => I1
=a1
2=4I03.3. NhiÔu x¹ qua ®Üa trßn:
m+3 §Üa b¸n kÝnh r0 che mÊt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 564/633
MO
m+1
m+2
r 0 m ®íi cÇu. AS tõ ®íi
cÇu m+1 chiÕu tíi M
a = am+1-am+2+ am+3- ...
...)2
a
a2
a
()2
a
a2
a
(2
a
a
5m
4m
3m3m
2m
1m1m
++−++−+=
+
+
++
+
++
2
aa 1m+=
Che c¸c ®íi cÇu (hoÆc ch½n hoÆclÎ) ®Ó t¨ng c− êng ®é s¸ng
4. NhiÔu x¹ g©y bëi c¸c sãng ph¼ng
a=a1-a2+ a3- a4... ± an-> a=a1+ a3... +alÎ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 565/633
M
0
12
3
4
O F
I0
I1B
AAB=b
BÒ réngmçi d¶i =λ /2sinϕ
ϕ
Sè d¶i
λ ϕ=ϕλ= sin b2sin2/
bn
HiÖu quang lé gi÷a 2 tia tõ 2 d¶i liªn tiÕp:
λ /2
4.1.Qua mét khe hÑp
ΔL=λ /2 Chóng dËp t¾t nhau tõng ®«i mét§iÒu kiÖn cùc tiÓu: M tèi k 2
sin b2n =
λ
ϕ=
bk sin λ=ϕ k = ±1, ±2... Trõ k=0
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 566/633
§iÒu kiÖn cùc ®¹i: M s¸ng
1k 2sin b2
n +=λ
ϕ=
b2
)1k 2(sin λ+=ϕ
k = 1, ±2, ±3... Trõ k=0 vμ k=-1
øng víi k=0, -1 trïng víi cùc ®¹i gi÷a
b
λ
b2
λ
b2λ
b
λ−
I0
I2I1
sinϕO
sinϕ=0 cùc ®¹i gi÷a...
b3,
b2,
bsin
λ±
λ±
λ±=ϕ
cã c¸c cùc tiÓu,...
b2
5,
b2
3sin λ
±λ
±=ϕ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 567/633
b b2− b b b2 b2cã c¸c cùc ®¹i
Tû lÖ I0
:I1
:I2
: I3
...=1: 0,045:0,016:0,008...NhËn xÐt:1 Cùc ®¹i gi÷a cã bÒ réng gÊp ®«i c¸c cùc ®¹i
bªn.2 Cùc ®¹i gi÷a cã c− êng ®é gÊp tr¨m lÇn c¸c
cùc ®¹i bªn
4.2. NhiÔu x¹ qua nhiÒu khe hÑp. C¸ch tö d b
M
F
dsinϕ
ϕ b
k sin λ=ϕ
Cã c¸c cùc tiÓu chÝnh.N/CPh©n bè c− êng ®é s¸ng
Ó
d>b>λ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 568/633
EI gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh:HiÖu quang lé gi÷a 2 tia t− ¬ng øng tõ 2 khe
liªn tiÕp λ=ϕ=− k sind LL 21
d k sin λ=ϕ
k =0, ±1, ±2... k=0 cùc ®¹i gi÷a.cã c¸c cùc ®¹i chÝnh.
Gi÷a c¸c cùc ®¹i chÝnh cã c¸c cùc tiÓu t¹i
2)1k 2(sind
λ+=ϕ
d2)1k 2(sin
λ+=ϕ
Hai tia tõ 2 khe liªn tiÕpkhö lÉn nhau -> tèicßn tuú thuéc vμo sè khe N
N=1-> 1 Cùc ®¹i gi÷aN=2 -> C¸c cùc ®¹i chÝnh
Ó
kλ /d
d=3bλ /d0-λ /b λ /b
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 569/633
N=3-> 1 Cùc ®¹i phô: N-2.
2 cùc tiÓu phô: N-1.
& Cùc tiÓu
N nhiÒu: C¸c cùc ®¹i nÐt
(2k+1)λ /2dSinϕ
TËp hîp c¸c khe hÑp gièng nhau c¸ch ®Òu nhauvμ cïng n»m trªn mÆt ph¼ng: d chu k×
C¸ch tö truyÒn qua: KÝnh
h 1/d
• C¸ch tö nhiÔu x¹:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 570/633
d
C¸ch tö ph¶n x¹:Kim lo¹i
R¹ch KÜ thuËt quang kh¾c
r¹ch n=1/d
500 -1200/mm
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 571/633
(111)Si
Zn Debyetia x, e,n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 572/633
(111)SimÉu tinh
thÓ
Phim
• N¨ng suÊt ph©n ly cña dông cô quang häcKh¶ n¨ng ph©n biÖt chi tiÕt nhá nhÊtB»ng nghÞch ®¶o kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a 2®iÓm cã thÓ ph©n biÖt ®− îc hoÆc cña gãc nhánhÊt gi÷a 2 tia tíi 2 ®iÓm cßn ph©n biÖt ®− îc.
NhiÔ lç t ß ñ d ®iÓ t ª
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 573/633
NhiÔu x¹ qua lç trßn cña dông cô → ®iÓm trªnvËt → vÖt s¸ng trong dông cô
C− êng ®é s¸ngtrong ¶nh cña
mét ®iÓm
2 ®iÓm cßnph©n biÖt ®− îc
2 ®iÓm kh«ngph©n biÖt ®− îc
N¨ng suÊt ph©n ly cña dông cô quang häc b»ngnghÞch ®¶o kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a 2 ®iÓm (=b¸n kÝnh cña 1 vÕt ) KÝnh hiÓn vi:
λ
=610
usinnS
VËt kÝnh thÞ kÝnh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 574/633
λ61,0
KÝnh thiªn v¨n:
n- chiÕt suÊt cña m«I tr− êng, u- gãc nghiªng lín
nhÊt cña chïm s¸ng chiÕu vμ
o vËt kÝnh, λ- b−
ícsãng ¸nh s¸ng
'22,1
d 1
S =ε=
d- ®− êng kÝnh cña kÝnh vËt
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ngT¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 575/633
ViÖn VËt lý kü thuËt
Tr− êng §H B¸ch khoa Hμ néi
Ch− ¬ng 5
Ph©n cùc ¸nh s¸ng
¸ h ¸ lμ
ã d ®é ¸
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 576/633
¸nh s¸ng l sãng ngang: dao ®éng s¸ngvu«ng gãc víi ph− ¬ng truyÒn sãng
Er
vr
1. ¸nh s¸ng tù nhiªn vμ
¸nh s¸ng ph©n cùc1. ¸nh s¸ng tù nhiªn:VÐc t¬ c− êng ®é ®iÖn tr− êngdao ®éng theo tÊt c¶ c¸cph− ¬ng vu«ng gãc víi tias¸ng
E
r
vr
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 577/633
s¸ng1. ¸nh s¸ng ph©n cùc:
Cã vÐc t¬ c− êng ®é ®iÖntr− êng chØ dao ®éng theo
mét ph− ¬ng x¸c ®Þnh gäi lμAS ph©n cùc th¼ng hay AS
ph©n cùc toμ
n phÇn
Er
vr
MÆt ph¼ng chøa ph− ¬ng dao ®éng -> MÆt ph¼ng
dao ®éng
MÆt ph¼ng dao ®éng
MÆt ph¼ng ph©n cùc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 578/633
dao ®éngMÆt ph¼ng chøa tia s¸ng vμ vu«ng gãc víi mÆt
ph¼ng dao ®éng -> MÆt ph¼ng ph©n cùc
ph©n cùc mét phÇn toμ
n phÇnAS tù nhiªn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 579/633
2.§Þnh lý Maluýt (Malus)
a1 , I1 a2 , I2
a2=a1 cosα
α gãc gi÷a haiquang trôc
22 II
kÝnh ph©n tÝchkÝnh ph©n cùc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 580/633
α== 2
1
2
22 cosIaI
Khi cho mét chïm tia s¸ng tù nhiªn räi qua haib¶n tuamalin cã quang trôc hîp víi nhau gãc α
th× c−
êng ®é ¸nh s¸ng thu ®−
îc tû lÖ víi cos2
α
ø ng dông: Dïng b¶n tuamalin kiÓm tra xem AScã ph¶i lμ ph©n cùc hay kh«ng?KÝnh chèng n¾ng, trong dông cô quang häc.
2. Ph©n cùc AS do ph¶n x¹ vμ khóc x¹ AS
kh«ng khÝ Tia ph¶n x¹ vμ tia khóc
x¹ ph©n cùc mét phÇni1
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 581/633
t¨ng i1 møc ®é ph©n cùc
cña tia ph¶n x¹ thay ®æi,khi i1=iB tia ph¶n x¹
ph©n cùc toμn phÇn
thuû tinh
x¹ ph©n cùc mét phÇni1
tgiB=n21
n21 lμ chiÕt suÊt tû ®èi gi÷a 2 m«i tr− êng
iB lμ gãc Briut¬
4. Ph©n cùc do l−
ìng chiÕtTÝnh l− ìng chiÕt cña tinh thÓ:Tinh thÓ cã tÝnh dÞ h− íng -> KhichiÕu 1 tia vμo TT thu ®− îc 2 tiatruyÒn qua: L− ìng chiÕt
TT b¨ng lan
78o08101o52’B1
A1D1
C1
D
CB
A
NÕu chiÕu tia s¸ng däc theo
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 582/633
TT b¨ng lanThoi-CaCO3
A C1
A1C
NÕu chiÕu tia s¸ng däc theoquang trôc tia kh«ng bÞ
t¸ch thμnh 2 tiaNÕu chiÕu tia s¸ng ⊥ABCD
t¸ch thμnh tia th− êng (0) vμtia bÊt th− êng (e-Kh«ng
tu©n theo ®Þnh luËt khóc x¹)
0
e
constnisin
isin0
0==
constnisin
isine
e≠=
MÆt ph¼ng chøa tia th−
êng vμ
quang trôc lμ mÆt ph¼ng chÝnh
C¶ 2 tia e & 0 ®Òu ph©n cùc toμn phÇnB¨ng lan cã n < n0 : tinh thÓ ©m
ChiÕt suÊt cña tinh thÓ ®èivíi 2 tia
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 583/633
B¨ng lan cã ne < n0 : tinh thÓ ©m,Th¹ch anh cã ne > n0 : tinh thÓ d− ¬ng
n0 kh«ng ®æi, ne phô thuéc vμo gãc tíi i5. Sù quay mÆt ph¼ng ph©n cùc
C¸c tinh thÓ ®¬n trôc: Th¹ch anh, NaClO3ChiÕu tia s¸ng ph cùc däc theo quang trôc-> MÆt
ph¼ng dao ®éng & MP ph©n cùc quay ®i gãc α
α=[α]ρdd
ρ khèi l−
îng riªng[α] HÖ sè tû lÖ phô thuéc vμo
®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm[α]=21,7 ®é.cm3 /(mm.gam)
®èi víi th¹ch anh ë 200C vμ λvμng=5893A0
λ
Tr−êng hîp c¸c chÊt v« ®Þnh h×nh: Dung dÞch
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 584/633
Tr− êng hîp c¸c chÊt v« ®Þnh h×nh: Dung dÞchcã chøa chÊt quang ho¹t nh− ®− êng, r− îuα=[α]Cd C nång ®é quang ho¹t trong dung dÞch[α]=65,6 ®é.cm3 /(dm.gam) ®èi víi ®− êng
Saccaro ë 200C vμ λvμng=5893A0
ø ng dông: ®− êng kÕ ®o nång ®é dung dÞch
6. C¸c lo¹i kÝnh ph©n cùc: B¶n l− ìng chiÕt hÊp thô tia th− êng chØ cho tiabÊt th− êng ®i qua - b¶n tuamalin dμy cì 1mm.Mμng xenluyloit cã phñ líp polaroit cã tÝnh hÊpthô kh«ng ®Òu.
L¨ng kÝnh nicol
n < n0
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 585/633
L¨ng kÝnh nicol
tt l− ìng chiÕt b¨ng lan
tt l− ìng chiÕtb¨ng lan
nhùa canada nnh=1,55
n0>nnh tia th− êngkh«ng ®i qua
ne<nnh tia bÊt th− êng®i qua
i1
i1
ne < n0
7. Ph©n cùc elip, ph©n cùc trßn• Ph©n cùc th¼ng • Ph©n cùc elip: mòivÐc t¬ c− êng ®é ®iÖntr− êng quay trªn elip
• Ph©n cùc trßn: mòi vÐc t¬ c− êng
®é ®iÖn tr−êng quay trªn vßng trßn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 586/633
®é ®iÖn tr− êng quay trªn vßng trßn
αoE
reE
r
Tinh thÓ l− ìng chiÕt
d
as ph©n cùc
Trong b¶n tinh thÓ l− ìng chiÕt as t¸ch thμnh 2
tia: e( )vμ
o ( )cã vËn tèc kh¸c nhaueEr
oEr
Ra khái b¶n tinh thÓ l− ìng chiÕt 2 tia e vμ o cãvËn tèc b»ng nhau nhau vμ kÕt hîp víi nhau nh− 2 dao ®éng vu«ng gãc, cïng tÇn sè:
oe EEErrr
+=
d)nn(2
)LL(2 ππ
ϕΔ
ϕΔ=ϕΔ−+ 2
21
2
2
2
2
1
2
sincosaa
xy2
a
y
a
x
a1=a cosα a2=A sinα
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 587/633
d )nn()LL( oeoe −λ
=−λ
=ϕΔ a =a.cosα, a =A.sinα
(ne-no)d=(2k+1)λ /42
)1k 2(d )nn(2oe
π+=−λπ=ϕΔ
1ay
ax
2
2
2
2
1
2
=+
elip→
α=46o
→a1=a2 =R
→ trßn
→
(ne-no)d=(2k+1)λ /2 π+=−λ
π
=ϕΔ )1k 2(d )nn(
2oe
0
a
y
a
x
21
=+ ®o¹n th¼ng
(n n )d=kλ π=−π=ϕΔ k2d)nn(2
x
y
a1-a1-a2
a2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 588/633
→
(ne-no)d=kλ π=λ
=ϕΔ k 2d )nn( oe
0ay
ax
21
=− ®o¹n th¼ngx
y
-a2
a1-a1
a2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 589/633
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 590/633
1. Bøc x¹ nhiÖt1.1.C¸c kh¸i niÖm më ®Çu:C¸c nguyªn tö bÞ kÝch thÝch ph¸t ra bøc x¹ ®iÖntõ, bøc x¹ do kÝch thÝch nhiÖt ->Bøc x¹ nhiÖtN¨ng l− îng bøc x¹ ph¸t ra=n¨ng l− îng thu vμo
b»ng hÊp thô bøc x¹ =>Tr¹ng th¸i c©n b»ng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 591/633
b» g Êp t ô bøc ¹ ¹ g t ¸ c© b» gnhiÖt ®éng øng víi nhiÖt ®é x¸c ®Þnh
1.2.C¸c ®¹i l− îng ®Æc tr− ngdS N¨ng l− îng bøc x¹ ph¸t ra tõ dS trong
®¬n vÞ thêi gian (n¨ng th«ng bøc x¹ tõ dS ) bëi c¸c bøc x¹ cã tÇn sè trong
kho¶ng ν ÷ ν + dν lμ
dWp(ν T)
HÖ sè hÊp thô ®¬n s¾c
∫
∞
νν=0
d )T,(r )T(R N¨ng suÊt ph¸t x¹ toμn phÇnhay ®é tr− ng cña vËt
dWp(ν,T)=r(ν,T)dS.d νr(ν,T)N¨ng suÊt ph¸t x¹ ®¬n s¾c øng víi tÇn sè ν
)T(dW)T,(dW)T,(a t ν=ν
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 592/633
Ö p ôdWt(ν,T) do dS hÊp thô
dW(ν,T) chiÕu ®Õn dS a(ν,T)<1a(ν,T)=1 VËt ®en tuyÖt ®èi
)T,(dW),(),(
ννν
1.3. §Þnh lý Kirkhèp (Kirchoff)1
23
Trong b×nh kÝn c¸ch nhiÖt cã 3
vËt -> HÊp thô m¹nh còng bøc x¹m¹nh r(ν,T)~a(ν,T)
)T,(r )T,(r )T,(r )T(f 321 ν=ν=ν=ν
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 593/633
§Þnh lý: Tû sè gi÷a n¨ng suÊt ph¸t x¹ ®¬n s¾c vμhÖ sè hÊp thô ®¬n s¾c cña cïng mét vËt ë nhiÖt
®é nhÊt ®Þnh lμ mét hμm chØ phô thuéc vμo tÇnsè bøc x¹ ν vμ nhiÖt ®é T mμ kh«ng phô thuéc
vμo b¶n chÊt cña vËt ®ã
)T,(a),(
)T,(a),(
)T,(a),()T,(f
321 νν=
νν=
νν=ν
Hμm ph©n bè lμ n¨ng suÊtph¸t x¹ ®¬n s¾c cña vËt ®entuyÖt ®èi
NÕu a(ν,T)=1 th× r(ν,T)= f(ν,T)f(ν,T)
T 1>T 2>T 3 f(ν,T) x©y dùng b»ng
)T,(a)T,(r )T,(f
νν=ν
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 594/633
ν
νm2
νm1νm3
(ν, ) y ù g gthùc nghiÖm
vËt ®en tuyÖt ®èi HÖ t¸ch phæ bøc x¹
®o T
X©y dùng f(ν,T) b»ng thùc nghiÖm (ngμy É )
C¸ch tö Detector
M¸y
tÝnh
1e
hc2
1e
h
c
2)T,(f
Tk
hc3
Tk
h2
2
BB −λ
π=
−
νπν=ν
λ
ν
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 595/633
§Ìn sîi ®èt
thay ®æi ®− îc®iÖn ¸p
AS tr¾ng
λm
f(ν,T)
λ
T 1
T 2
2. ThuyÕt l− îng tö cña Planck 2.1. Sù thÊt b¹i cña sãng ¸nh s¸ng trong viÖc gi¶ithÝch hiÖn t− îng bøc x¹ nhiÖt
Hμm ph©n bè theo thuyÕt ®iÖn tõ cæ ®iÓn cñaRelay vμ Jeans kB =1,38.10-23J/K
H»ng sè BoltzmannTk 2)T,(f B2
2
πν=ν
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 596/633
g
∞=νν= ∫∞
0
d )T,(r )T(R
“Sù khñng ho¶ng vïng tö ngo¹i”vμo cuèi thÕ kû 19
c),( B2πνν
2.2. ThuyÕt l− îng tö cña Planck 1900 Planck ®− a ra thuyÕt LT:a. C¸c nguyªn tö, ph©n tö ph¸t x¹ hay hÊp thô
n¨ng l− îng ®iÖn tõ mét c¸ch gi¸n ®o¹n. PhÇnn¨ng l− îng ph¸t x¹ hay hÊp thô lμ béi nguyªn
lÇn cña mét l− îng n¨ng l− îng nhá gäi lμ l− îngö l h Q l
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 597/633
g g g g gtö n¨ng l− îng hay Quantum n¨ng l− îng
b. §èi víi bøc x¹ ®iÖn tõ ®¬n s¾c tÇn sè ν, b− ícsãng λ l− îng tö n¨ng l− îng t− ¬ng øng b»ng
λ=ν=ε c
hh
h=6,625.10-34Js H»ng sè Planck
c. C«ng thøc hμm ph©n bè Planck:ph¸t x¹ ®¬ns¾c cña vËt ®en tuyÖt ®èi
2.3. C¸c ®Þnh luËt bøc x¹cña vËt ®en tuyÖt ®èi
a. N¨ng suÊt ph¸t x¹ toμn phÇn
∫∞
νν d)T(f)T(Rhν 4T)T(R σ=
1e
h
c
2)T,(f
Tk
h2
2
B −
νπν=ν
ν
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 598/633
∫ νν=
0
d )T,(f )T(R Tk
x
B
=
∫∞
σ=π=−
π=0
4
32
44B
x
3
32
44B
T T5,6hc
Tk 2dx1e
x
hc
Tk 2R
T)T(R σ=
σ=5,67.10-8W/m2K4 h»ng sè Steffan-Boltzmann§L1: N¨ng suÊt ph¸t x¹ toμn phÇn cña vËt ®en
tuyÖt ®èi ~ T4 cña nã
b. §L Vin(Wien): §èi víi vËt ®en tuyÖt ®èi b− ícsãng λm cña chïm bøc x¹ mang nhiÒu n¨ngl− îng nhÊt tû lÖ nghÞch víi nhiÖt ®é tuyÖt cña vËt
λmT=b b=2,898.10-3m.K H»ng sè Vin
(LÊy df/dν=0)
3. ThuyÕt photon cña Anhxtanh(Ei t i )
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 599/633
(Einstein)ThuyÕt Planck ch− a nªu lªn ®− îcb¶n chÊt gi¸n®o¹n cña bøc x¹ ®iÖn tõ 3.1. ThuyÕt photon cña Anhxtanh
a. Bøc x¹ ®iÖn tõ cÊu t¹o bëi v« sè c¸c h¹t gäi lμl− îng tö ¸nh s¸ng hay photon
b Víi mét bøc x¹ ®iÖn tõ ®¬n s¾c x¸c ®Þnh
λ=ν=ε chh
c¸c photon ®Òu gièng nhau vμ cã n¨ng l− îngx¸c ®Þnh b»ng
c. Trong mäi m«i tr− êng c¸c photon cã cïng vËntèc b»ng: c=3.108m/s
d. Khi mét vËt ph¸t x¹ hay hÊp thô bøc x¹ ®iÖntõ -> ph¸t hay hÊp thô c¸c photon
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 600/633
tõ > ph¸t hay hÊp thô c¸c photone. C− êng ®é cña chïm bøc x¹ tû lÖ víi sè photonph¸t ra trong 1 ®¬n vÞ thêi gian3.2. HiÖn t− îng quang ®iÖn:
HiÖu øng b¾n ra c¸c ®iÖn tö tõ mét tÊm kim lo¹ikhi däi lªn tÊm KL ®ã mét bøc x¹ ®iÖn tõ thÝch
h > c¸c ®i n b¾n ra: uan ®i n tö
+- U
K *I~U ->Ib·o ho
μ
*U=0, I0≠0
-> mv0
2
/2UC
I
U0 *eUC = mv0
2 /2
3.3. Gi¶i thÝch c¸c ®Þnh luËt quang ®iÖn:
λ<λ0
a Giíi h¹n quang ®iÖn
I0
Ib·o hoμ
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 601/633
a. Giíi h¹n quang ®iÖn
2mvAch
2
max0th +=
λ 0
thAhc λ=
< 0
b. Dßng quang ®iÖn b·o hoμ tû lÖ víi I¸nh s¸ng
I®iÖn ~ sè ®iÖn tö b¾n ra ~ Sè photon b¾n vμo K ~
I¸nh s¸n => I®i n ~ I¸nh s¸n
)(h
2
mv0
2
max0 ν−ν=
c. §éng n¨ng ban ®Çu cña quang ®iÖn tö hν=hν0+eUC
eUC =h(ν-ν0)
3.4. §éng lùc häc photonN¨ng l− îng photon
λ=ν=ε
chh
2mc=εhh
m =ν=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 602/633
λmc=ε
cc
m2
λ
=ν=
2
2
0
cv1
mm
−
= 2
2
0
c
v1mm −=
v=c => m0=0 khèi l− îngnghØ cña photon b»ng 0
§éng l− îng photon
λ=ν
== hchmcP
§éng l− îng photon tû lÖ thuËn víi tÇn sè hoÆc tûlÖ nghÞch víi b− íc sãng
3.4. HiÖu øng K«ngt¬n (Compton)
λ λ λ ’ 1892: Khi chiÕu tia X lªn GraphÝt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 603/633
GraphÝt
Ngoμi ph¶n x¹ Bragg cßn ghi
®− îc λ’> λ
2
sin2' 2
C
θΛ=λ−λ=λΔ
ΛC=2,426.10-12mB− íc sãng Compton
λ’ kh«ng phô thuéc vμo chÊt tinh thÓ, chØ phô
thuéc vμo gãc t¸n x¹ θ:
Ph¶n x¹ Bragg x¶y ra khi tia X t¸n x¹ trªn c¸c®iÖn tö trong Ion t¹i nót m¹ng.T¸n x¹ Compton x¶y ra khi photon tia X va ®Ëp
víi c¸c ®iÖn tö tù do:§iÖn tö cã vËn tèc tr− íc va ®Ëp v=0
vm 2Tr− íc va ®Ëp Sau va ®Ëp
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 604/633
2
2
ee
cv1
vm' p
−
=
2
2
2
e
c
v1
cm'E
−
=
Photon c
h p ph
ν= ν=ε h
c
'h' p ph
ν= 'h' ν=ε
HÖ c« lËp: B¶o toμn n¨ng l− îng, ®éng l− îng
§iÖn tö pe
=0, E=me
c2
B¶o toμn n¨ng l− îng:
2
2
2
e2
e
c
v1
cm'hcmh
−+ν=+ν
B¶o toμn ®éng l− îng
e
,
ph ph p p p
rrr
+=2
e
2,
ph ph p) p p( rrr
=− 2
e
,
ph ph
2,
ph
2
ph pcos p p2 p p =θ−+ r
2
22
2
222
vvmcos
c'h2)
c'h()
ch( =θνν−ν+ν
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 605/633
2
2
42
e22
e
c
v1
cm
)'hcmh(−
=ν−+ν 2
c
v1
ccc−
2sin'h2)cos1('h)'(cm 22
e
θ
νν=θ−νν=ν−ν
2
sin
cm
h2' 2
e
θ=λ−λ
cm
h
e
C =ΛB− íc sãng Compton:
ΛC=2 426 10-12
m
θ
Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c− ¬ng
T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn
ViÖn VËt lý kü thuËt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 606/633
Tr−
êng §H B¸ch khoa Hμ
néi
Ch− ¬ng 2
ThuyÕt t− ¬ng ®èi hÑp Einstein(Anhxtanh)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 607/633
Albert Einstein
1. Tæng hîp vËn tèc vμ gia tèc
z
O
y
xO’ x’
y’
z’
M
'r
rr r
'oo'r r += rr
dt'ood
dt'r d
dtr d +=
rr
V'vv
r
rr
+=⇒
'dtd
dtd =
'vr
Vt¬ vtèc trong hqc O’
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 608/633
Vt¬ vtèc trong hqc Ov
r
VÐc t¬ vËn tèc cña chÊt ®iÓm ®èi víi hÖ qchiÕu
O b»ng tæng hîp vÐc t¬ vtèc cña chÊt ®iÓm ®ã®èi víi hÖ qc O’ch®éng tÞnh tiÕn ®víi hÖ qc O vμ
vt¬ vtèc tÞnh tiÕn cña hÖ qc O’ ®èi víi hÖ qc O
Vr
Vt¬ vtèc O’ ®èi víi O
v Vt¬ vtèc trong hqc O
dtVd
dt'vd
dtvd +=
rr
A'aa
r
rr
+=⇒
a Vt¬ gia tèc M trong hqc O
A Vt¬ gia tèc O’ ®èi víi hqc O
a’ Vt¬ gia tèc M trong hqc O’
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 609/633
VÐc t¬ gia tèc cña chÊt ®iÓm ®èi víi mét hÖqchiÕu O b»ng tæng hîp vÐc t¬ gia tèc cña chÊt®iÓm ®ã ®èi víi hÖ qc O’chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn
®èi víi hÖ qc O vμ vt¬ gia tèc tÞnh tiÕn cña hÖ qcO’ ®èi víi hÖ qc O
2. Nguyªn lý t− ¬ng ®èi Galilª
Galilª
HÖ qui chiÕu qu¸n tÝnh: Famr
r
=
NÕu O’ chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu®èi víi O th× A=0 'amam
rr
=Fam'amr
rr
==O’còng lμ hqc qu¸n tÝnh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 610/633
Mäi hÖ qui chiÕu chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu víihqc qu¸n tÝnh còng lμ hqc qu¸n tÝnh.C¸c ®Þnh luËt Niu t¬n nghiÖm ®óng trongmäi hÖ qui chiÕu chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu®èi víi hqc qu¸n tÝnh
C¸c ph− ¬ng tr×nh ®éng lùc häc trong c¸chÖ qui chiÕu qu¸n tÝnh cã d¹ng nh− nhau.
C¸c ph− ¬ng tr×nh c¬ häc bÊt biÕn ®èi víiphÐp biÕn ®æi Galilª
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 611/633
3. ThuyÕt t− ¬ng ®èi hÑp cña Anhxtanh3.1. Kh¸i niÖm më ®Çu:C¬ häc Niut¬n h×nh thμnh quan niÖm vÒ kh«ng
gian, thêi gian vμ vËt chÊt kh«ng phô thuéc vμochuyÓn ®éng (v<<c)
Cuèi thÕ kû 19 ph¸t hiÖn ra c¸c h¹t cã vËn tèccì c = 3 108m/s => M©u thuÉn c¬ häc Niut¬n
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 612/633
cì c 3.10 m/s > M©u thuÉn c¬ häc Niut¬n
=> X©y dùng m«n c¬ häc tæng qu¸t h¬n: C¬ häc t− ¬ng ®èi tÝnh
3.2. C¸c tiÒn ®Ò Anhxtanh: Nguyªn lý t− ¬ng ®èi: Mäi ®Þnh luËt vËt lý
®Òu nh− nhau trong c¸c hÖ quy chiÕu qu¸n tÝnh
Nguyªn lý vÒ sù bÊt biÕn cña vËn tèc ¸nhs¸ng:VËn tèc ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng ®Òub»ng nhau ®èi víi mäi hÖ qu¸n tÝnh. Nã cã gi¸
trÞ b»ng c=3.108m/s vμ lμ gi¸ trÞ cùc ®¹i trongtù nhiªn.(kh¸c CH Niut¬n)
CH Niut¬n: C¸c ®Þnh luËt c¬ häcT−¬ng t¸c tøc thêi (vËn tèc truyÒn
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 613/633
T − ¬ng t¸c tøc thêi (vËn tèc truyÒn
t− ¬ng t¸c lμ ∞3.3. §éng häc t− ¬ng ®èi tÝnh - PhÐp biÕn ®æi
Lorentz3.3.1. Sù m©u thuÉn cña phÐp biÕn ®æi Galilªvíi thuyÕt t− ¬ng ®èi Anhxtanh
PhÐp biÕn ®æi Galilª
t=t’; v=v’+Vl=x
2-x
1=x
2’- x
1’=l’
¸p dông cho hai hÖ K vμ K’:
O’ chuyÓn ®éng víi VTrªn O’ Cã A, B, Cz
O
y
x
K
O’ x’
y’
z’
A B C
K’
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 614/633
¸nh s¸ng ph¸t ra tõ B: Tíi A víi v=c+VTíi C víi v=c-V=> Tr¸i víi tiÒn ®Ò thø 2 cña AnhxtanhPhÐp biÕn ®æi Galilª kh«ng phï hîp chochuyÓn ®éng cã vËn tèc cì vËn tèc ¸nh s¸ng
3.3. 2. PhÐp biÕn ®æi Lorentz:• Thêi gian lμ t− ¬ng ®èi t ≠ t’
• Kh«ng gian trong hai hÖ: x’=f(x,t)Gèc O’chuyÓn ®éng víi vËn tèc V ®èi víi K
Cã x-Vt=0Trong K’ to¹ ®é cña O’ lu«n cã x’=0§èi víi O’ viÕt: x’ α(x Vt)
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 615/633
§èi víi O viÕt: x =α(x-Vt)
O x = β(x’+Vt’)Thay x’ ⇔ x, V ⇔ -V vμ t’ ⇔t cã α = β
Theo tiÒn ®Ò 2: x=ct vμ x’=ct’ cã:ct’= αt(c-V) vμ ct= βt’(c+V)
Nh©n 2 vÕ cã:
2
2
c
V1
1
−=α
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 616/633
2
2
cV1
Vtx'x
−
−=
2
2
2
c
V1
xc
Vt
't
−
−
=
2V
'Vt'xx += 2'x
cV't
t
+
=y=y’, z=z’
y’=y, z’=z
PhÐp biÕn ®æi Lorentz:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 617/633
2c
V
1−2
2
cV1
t
−
=y y ,
NÕu V<<c th× B§ Lorentz -> B§ Galilª
x’=x-Vt, y’=y, z’=z, t’=tx=x’+Vt’, y=y’, z=z’, t=t’
2
2
12212
12
c
V1
)xx(c
Vtt
't't
−
−−−
=−
3.4.1. Kh¸i niÖm vÒ tÝnh ®ång thêi vμ quan hÖ
nh©n qu¶
3.4. C¸c hÖ qu¶ cña phÐp biÕn ®æi Lorentz:
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 618/633
c
Δt’=Δt=0 chØ khi x1=x2
Hai sù kiÖn rêi r¹c 1 vμ 2 x¶y ra ®ång thêi ë hÖ qui chiÕu nμy, nh− ng ch− a ch¾c ®· ®ångthêi x¶y ra ®èi víi hÖ qui chiÕu kh¸c.
Quan hÖ nh©n qu¶:Hai sù kiÖn 1-nguyªn nh©n,2-hÖ qu¶
x1=vt1, x2=vt2 víi x2>x1
2
21212
V
]c
Vv1)[tt(
't't
−−
=−
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 619/633
2c
V
1−
v× v<c nÕu t2>t1 th× t2’>t1’=> Nguyªn nh©n lu«n x¶y ra tr− íc hÖ qu¶ trongmäi hÖ qui chiÕu.
3.4.2. Sù co ng¾n Lorentz
2
2
111
c
V1
Vtx'x
−
−=
2
222
V1
Vtx'x −=
§é dμi ®o trªn tμu:l0=x2’-x1’
§é dμi ®o tõ tr¸i ®Êt: l=x2-x1
2
2
12
12
c
V1
xx
'x'x−
−
=− 2
2
0 c
V1ll −=
V=2,6.108m/s
Kh«ng gian
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 620/633
2c
1− c
§é dμi däc theo ph− ¬ng chuyÓn ®éng cña thanhtrong hÖ quy chiÕu mμ thanh chuyÓn ®éng ng¾nh¬n ®é dμi ® é dμi cña thanh trong hÖ mμ thanh®øng yªn. V<<c => l=l0
th× l=0,5l0
Thêi gian lμ t− ¬ng ®èi
2
2
22
2
c
V1
'x
c
V't
t
−
+
=
21 'xV
't +
2
2
1212
c
V
1
't'ttt
−
−=−
2
2
c
V1t't −Δ=Δ
Trong hÖ chuyÓn ®éng K’:Δt’
Trong hÖ ®øng yªn K: Δt
V 2 9996 108m/s th× Δt’ 10-2 Δt
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 621/633
2
2
2
1
c
V1
ct
−=
Kho¶ng thêi gian diÔn ra cïngmét qu¸ tr×nh trong hÖ chuyÓn®éng ng¾n h¬n trong hÖ ®øngyªn; V<<c => Δt’ = Δt
V=2,9996.108m/s th× Δt’ =10 2 Δt
Tõ thøc gÆp tiªn
8
Tõ thøc ®i 3 ngμy víitiªn trë vÒ, trªn tr¸i
®Êt ®· tr«i ®i 300n¨m V=?
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 622/633
Nhμ
du nhμ
nh vò trô bay víi V=2,9996.108
m/s®i vÒ mÊt 20 n¨m (Trªn tμu anh ta giμ ®i 20tuæi) th× trªn tr¸i ®Êt ®· tr¶i qua 2000 n¨m
2
2
cV1
Vtx'x
−
−=
2
2
V
xc
Vt
't−
=
2
2
c
V1
Vdtdx'dx
−
−=
2
2
V
dxc
Vdt
'dt−
=
dxc
V
dt
Vdtdx
'dt
'dx
2−
−=
x2
x
x
uc
V1
Vu
'u−
−
=
3.4.3. §Þnh lý vÒ tæng hîp vËn tèc
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 623/633
2c
V
1− 2c
V
1−
c
NÕu ux=c th× cc
c
V1
Vc
'u2
x =−
−
=
2
2
0
c
v1
mm
−
=
3.5. §éng lùc häc t− ¬ng ®èi tÝnh
dt)vm(d F
r
r
=
3.5.1. Ph− ¬ng tr×nh c¬ b¶n cña chuyÓn ®éngchÊt ®iÓm
m0 - khèi l− îng nghØ (v=0)3.5.2. §éng l− îng vμ n¨ng l− îng
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 624/633
dt
)vm(d F
r
r
=
g g g g
2
2
0
c
v
1
vmvm
−
=
r
r
ds.Fsd FdAdW === r
r
ds]
c
v1
vm
[dt
d
dW
2
2
0
−=
ds]dtdv
)v
1(c
vmdtdv
v1
m[dW2/3
22
2
0
2
0
−
+=
])
c
v1.(v[
dt
d m]
c
v1
vm[
dt
d 21
2
2
0
2
2
0 −−=
−
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 625/633
)
c
1(c
c
1 22−
vdvdsdtdv =
2/3
2
2
0
2
22
2
2
2
0
)
c
v1(
vdvm
])
c
v1(c
v1[
c
v1
vdvm
dW−
=−
+
−
=
2
2
0
c
v1
m
m−
=2/3
2
22
0
)c
v1(c
vdvmdm
−=
dmcdW 2=
CmcW 2 +=
0C;0m;0W === 2mcW =
HÖ thøc Anhxtanh
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 626/633
HÖ qu¶ §éng n¨ng:)1
c
v1
1(cmcmmcW
2
2
20
20
2 −
−
=−=d
2
2
2
2
c
v
2
11
c
v1 −≈−NÕu v<<c th×
2vm)1
cv
211(cmW
2
02
2
20d ≈−+≈
Quan hÖ gi÷a n¨ng l− îng vμ ®éng l− îng
2
20cm
W =2
222
2
224
02 vW
W)v
1(Wcm −=−=
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 627/633
2
2
cv1−
22
c
)
c
(
vmp vμ rr
== 2mcW
22420
2 c pc.mW +=
§é hôt khèi trong ph©n r· h¹t nh©n:
2
2
2
2
2
2
2
12
c
v1
cm
c
v1
cmmc
−
+
−
=
21 WWW +=
21
2
21 cmcm
>2
22
22 cmv
cm>
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 628/633
2
2
cv1− 2c
v1−
m > m1 + m2
Khèi l− îng h¹t nh©n tr− íc khi ph©n r· lín h¬nkhèi l− îng cña c¸c h¹t thμnh phÇn ph©n r·.N¨ng l− îng to¶ ra: ΔW=[m-(m1+m2)]c
2=Δmc2
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 629/633
4. ThuyÕt t− ¬ng ®èi réng (tæng qu¸t):
ThuyÕt t− ¬ng ®èi hÑp chØ nghiªn cøu trong hÖqui chiÕu qu¸n tÝnh.
Khi hÖ qui chiÕu chuyÓn ®éng cã gia tèc a so víihÖ qui chiÕu qu¸n tÝnh, hÖ qui chiÕu ®ã lμ hÖ qui
chiÕu kh«ng qu¸n tÝnh.ChÊt ®iÓm chuyÓn ®éng trong hÖ qui chiÕu
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 630/633
kh«ng qu¸n tÝnh chÞu t¸c dông cña lùc qu¸n tÝnh-> t− ¬ng ®− ¬ng gia tèc hÊp dÉn ®Òu g=-a
Kh«ng ph©n biÖt ®−
îc chÊt ®iÓm chuyÓn ®éngtrong hÖ qui chiÕu kh«ng qu¸n tÝnh hay trong hÖqui chiÕu qu¸n tÝnh cã gia tèc hÊp dÉn ®Òu.
Nguyªn lý t− ¬ng ®− ¬ng: Kh«ng thÓ cã mét thÝ
nghiÖm nμo thùc hiÖn ®− îc trong mét kh«nggian ®Þa ph− ¬ng cã thÓ ph©n biÖt ®− îc mét hÖ
qui chiÕu chuyÓn ®éng cã gia tèc vμ mét hÖ quichiÕu qu¸n tÝnh trong ®ã tån t¹i mét tr− êng hÊp
dÉn ®Òu.ThuyÕt t− ¬ng ®èi réng nghiªn cøu liªn hÖ gi÷a
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 631/633
kh«ng gian, thêi gian vμ vËt chÊt trong hÖ quichiÕu kh«ng qu¸n tÝnh b»ng c¸ch h×nh häc ho¸:
ThuyÕt t−
¬ng ®èi hÑp: Kh«ng gian bèn chiÒu x,y, z vμ t cña hÖ qui chiÕu qu¸n tÝnh trong tr− ênghÊp dÉn lμ c¸c trôc th¼ng + hÊp dÉn.
§− êng ng¾n nhÊt gi÷a 2 ®iÓm lμ ®− êng th¼ng
trªn mÆt ph¼ng -> Kh«ng - thêi gian ph¼ng + g.ThuyÕt t− ¬ng ®èi réng: Kh«ng gian bèn chiÒu x,
y, z vμ t cña hÖ qui chiÕu kh«ng qu¸n tÝnh lμ c¸ctrôc cong -> §− êng ng¾n nhÊt gi÷a 2 ®iÓm lμ
®− êng cong trªn mÆt cÇu -> kh«ng - thêi giancong vμ g=0 y
Kh«ng gian bar
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 632/633
z
O
y
x z
O
xchiÒu x, y, z tronghÖ cã tr− êng hÊpdÉn ®Òu
g
r
t−
®èi h
t− ¬ng®èi réng
g=0
HiÖu øng cong kh«ng - thêi gian thÊy rÊt râ t¹i
nh÷ng vËt cã khèi l− îng lín: gÇn c¸c lç ®entrong vò trô, t¹i ®©y mËt ®é vËt chÊt rÊt lín lªn
®Õn cì 1015 lÇn mËt ®é vËt chÊt cña mÆt trêi.-> kh«ng - thêi gian bÞ uèn cong m¹nh.
-> ¸nh s¸ng bÞ uèn cong vμ kh«ng tho¸t kháic¸c lç ®en.
8/20/2019 Bài giảng Vật lý đại cương - Đỗ Ngọc Uấn
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-vat-ly-dai-cuong-do-ngoc-uan 633/633