Quang học trong vật lý phần 10 docx

- Nếu bề mặt có tính hấp thụ hoàn toàn thì động lượng p được hoàn toàn truyền cho một

đơn vĩ diện tích S của bề mặt đó. Aùp dụng định luật căn bản về động lượng và xét với một

đơn vị diện tích trên bề mặt của vật được chiếu sáng, ta có :

f là lực do chùm tia sáng tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặt của vật. (P’ là sự biến

thiên động lượng ứng với một đơn vị diện tích bề mặt của vật trong thời gian (t = 1s. vậy

∆P’ = p = u = f

Ta thấy f chính là áp suất ánh sáng p, vậy (4.1)

- Nếu bề mặt phản xạ một phần với hệ số phản chiếu là ( thì trong nC photon tới diện

tích đơn vị S có nC (1 - ( ) photon bị hấp thụ và nC ( photon phản xạ trở lại.

nC (1 - () photon bị S hấp thụ nên truyền cho diện tích đơn vị S một động lượng là

(1 ) (1 ) hv nC u

c − =− ς ς .

Xét các photon phản xạ. Một photon khi tới dện tích đơn vị S có động lượng làĠ khi

phản xạ trở lại, theo định luật bảo toàn động lượng, có động lượng làĠ (bằng và ngược

chiều với động lượng khi đến) vậy nếu chỉ xét riêng photon độ biến thiên động lượng có trị

số là 2hv/c động lượng được truyền cho diện tích đơn vị S. Động lượng

do nc(, photon phản xạ truyền cho diện tích S là : 2 2 hv nC u

C

× = ζ ζ

Vậy áp suất ánh sáng là :

Với (t = 1 giây

Và (P’ = ( 1 - ( ) u + 2 ( u = ( 1 + ( ) u

Do đó có (4.2)

- Nếu bề mặt phản xạ toàn phần, ta có ( = 1. Vậy

(4.3)

- Với bề mặt hấp thụ hoàn toàn, ( = 0, ta tìm lại được công thức : P = u

Nhận xét công thức (4.2), ta thấy u là mật độ năng lượng của chùm tia tới, ( u là mật độ

của chùm tia phản xạ. Do đó ta có thể viết công thức tổng quát cho 3 trường hợp trên dưới

dạng :

P = Σ u

( u là tổng số mật độ năng lượng của các chùm tia tới và phản xạ ở phía trước bề mặt S.

f t

P = ∆

∆ '

p = u

'

'

t

P P f ∆

∆ = =

P = ( 1 + ζ ) u

P = 2u

c

hv

c

hv −

Bây giờ ta xét trường hợp chùm tia sáng tới bề mặt của vật dưới một góc i. Để đơn giản,

ta vẫn chỉ xét diện tích đơn vị S. Thiết diện thẳng của chùm tia là S cosi = cosi. Số photon

tới S trong một đơn vị thời gian là nc.cosi ứng với một động lượng có trị số là :

cos . cos

hv P nc i u i

c = =

và có phương là phương truyền của tia sáng.

Thành phần của P trên phương thẳng góc với S là :

PN = P cosi = ucos2

i

Áp suất ánh sáng bây giờ là :

P = ∆PN

Lập lại cách chứng minh tương tự trường hợp tia tới thẳng góc, ta được :

P = ( Σ u ). cos2

i

Áp suất ánh sáng rất nhỏ. Áp suất ánh sáng do mặt trời tác dụng vào một bề mặt trong

các điều kiện tốt nhất (giữa trưa, chiếu thẳng góc, bề mặt phản xạ hoàn toàn) cũng chỉ vào

khoảng 10-5 N/m2 nghĩa là chỉ bằng 10-10 lẫn áp suất khí quyển chuẩn định (76 CmHg (

105 N/m2).

§§5. TÁC DỤNG HÓA HỌC CỦA ÁNH SÁNG.

Rất nhiều phản ứng hóa học chỉ xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng như tác dụng trên

phim ảnh, sự cấu tạo chất ozon từ oxi do tác dụng của ánh sáng tử ngoại, một số lớn phản

ứng thế của các hidrocarbon với Clor, v.v... Tác dụng của ánh sáng trong các phản ứng hóa

học như vậy được gọi là tác dụng quang hóa.

Vai trò của ánh sáng có thể chỉ là khơi mào, sau đó phản ứng hóa học tự nó tiếp diễn.

Cũng có nhiều phản ứng chỉ xảy ra trong thời gian được chiếu sáng, và phản ứng sẽ ngưng

khi sự chiếu sáng chấm dứt.

Một trong những phản ứng quang hóa đặc biệt quan trọng là phản ứng quang tổng hợp

bởi cây xanh với carbon rút từ khí carbonic (CO2) trong không khí để tạo thành các hợp

chất hữu cơ như glucoz, celuloz, tinh bột, v.v... là những chất rất quan trọng trong đời sống

thực vật và động vật. Sự tổng hợp này phóng thích khí O2 theo phản ứng:

CO2 + H2O → HCOH + O2

Chất Aldehid formic tạo thành (HCOH) lại trùng hợp để thành glucoz hay các hidrad

carbon khác.

Theo Einstein, trong các phản ứng quang hóa mỗi một phân tử vật chất được hình thành

hay bị phân tích chỉ hấp thụ năng lượng của một photon mà thôi.

Từ các kết quả thí nghiệm, người ta rút ra được các định luật sau :

* Định luật 1 :

Khối lượng m của các chất được tạo thành trong phản ứng quang hóa thì tỷ lệ với quang

thông ( của ánh sáng kích thích và với thời gian chiếu sáng t

m = K . ( . t; K = hằng số tỷ lệ

* Định luật 2 :

N i

s