Diễn Đàn Vật Lý | Thư Viện Vật Lý

VẬT LÝ PHỔ THÔNG => VẬT LÝ 12 => Tác giả chủ đề:: giaovienvatly trong 11:41:06 PM Ngày 02 Tháng Tư, 2011

Đọc bản đầy đủ ở đây: http://thuvienvatly.com/forums/index.php?topic=4678



Tiêu đề: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: giaovienvatly trong 11:41:06 PM Ngày 02 Tháng Tư, 2011
Nguyên tử H đang ở trạng thái L thì gặp một phô tôn có năng lượng bằng E(L) - E(K). Nguyên tử H tương tác thế nào với phô tôn này?


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: laivanthang trong 04:31:03 PM Ngày 08 Tháng Tư, 2011
khi gặp có nghĩa là nhận thêm 1 photon.
nếu tính theo tiên đề bo thì năng lượng nguyển tử H đạt cực đại----> 0
khi đó theo mình nghĩ các hiện tượng tuân theo cơ học lượng tử sẽ xảy ra, và bài toán này phải giải theo pt schordinger


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: Trần Triệu Phú trong 05:13:48 PM Ngày 08 Tháng Tư, 2011
"Nguyên tử H tương tác thế nào với phô tôn này?"
Mình k hiểu tương tác thế nào nghĩa là sao?


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: giaovienvatly trong 10:59:01 PM Ngày 13 Tháng Tư, 2011
Trong bài Sơ lược về laze, SGK VL12 có nêu hiện tượng phát xạ cảm ứng: một nguyên tử đang sẵn sàng phát ra một pho ton có năng lượng e. Lúc này mà có một pho ton có năng lượng e' = e bay NGANG QUA thì nguyên tử sẽ phát ra pho ton có năng lượng e' = e.
Vậy nên, tôi mới đặt tình huống pho ton bay tới và gặp nguyên tử thì liệu có xảy ra phát xạ cảm ứng không?
Mong mọi người giải đáp giúp!


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: Hồng Nhung trong 10:35:11 AM Ngày 14 Tháng Tư, 2011
   Mạn phép trình bày hơi dài dòng chút:
  * Sự hấp thụ: Nếu một nguyên tử đang ở trạng thái có năng lượng thấp hơn các trạng thái khác, (ví dụ đang ở E1 thấp hơn E2). Khi chúng ta chiếu vào đó bức xạ (phô tôn) có năng lượng hv=E2-E1 thì photon bay tới "sẽ biến mất" và nguyên tử chuyển lên trạng thái có năng lượng E2 cao hơn.

  * Bức xạ tự phát: Nguyên tử ở trạng thái kích thích chuyển tự phát về trạng thái có năng lượng thấp hơn mà ko cần tác động bên ngoài,...v.v... (Cái này mọi người nắm rõ).

  * Bức xạ cảm ứng: Nguyên tử đang ở trạng thái kích thích E2, chiếu photon có năng lượng hv=E2-E1 tới, do tương tác với nguyên tử --> nguyên tử chuyển về trạng thái E1 và phát ra một photon. Ở đây nguyên tử chuyển là do bị photon bay tới kích thích. Kết quả là ta thu được 2 photon (photon bay tới kích thích ban đầu ko bị mất đi và một photon mới sinh ra). Cơ chế tương tác ra sao thì mình ko rõ, nhưng ko có sự trao đổi năng lượng giữa photon tới và nguyên tử, có lẽ nó chỉ đóng vai trò kích thích (xúc tác). Ai hiểu rõ hơn thì chỉ giúp mình nhé.

   Sách VLĐC tập 3 các nguyên lý và ứng dụng, NXB GD (trang 285) gọi bức xạ chiếu tới là "bức xạ kích thích", còn bức xạ được phát ra là "bức xạ cảm ứng". Một số sách khác gọi chung là bức xạ kích thích hoặc cảm ứng, không phân biệt phô tôn bay tới và photon được phát ra.
   Quay trở lại câu hỏi của giaovienvatly: Thực ta từ "bay ngang qua" ko làm sáng tỏ vấn đề chúng có tương tác hay không, nhưng nói nguyên tử sẽ phát ra photon có năng lượng e'=e thì ta hiểu đã tương tác và đã xảy ra bức xạ cảm ứng. (Hồi bảo vệ luận văn mình cũng bị hỏi câu tương tự thế này với từ "bay ngang qua").

Vậy nên, tôi mới đặt tình huống pho ton bay tới và gặp nguyên tử thì liệu có xảy ra phát xạ cảm ứng không?


  Chỗ này lại hơi khó hiểu này: Chỉ nói photon bay tới, ko biết có phải cái photon có năng lượng e đúng bằng hiệu năng lượng hai mức không, nếu có thì mới xảy ra phát xạ cảm ứng, nếu năng lượng khác thì không.

 Lan man về laser: Bài toán thực tế của ta không bao giờ có duy nhất một nguyên tử mà là một số lượng lớn các nguyên tử. Ví dụ trên kia của thầy giáo viên cho kết quả tạo ra 2 photon, 2 photon này lại đóng vai trò photon kích thích gây bức xạ cưỡng bức ở những nguyên tử bên cạnh, kết quả là số photon được nhân lên rất nhiều..v.v... (Cũng có thể đó là lý do một số sách ko phân biệt photon kích thích và photon cảm ứng).

  Xét một hệ gồm các nguyên tử có một số ở trạng thái cơ bản, một số ở trạng thái kích thích: Thế thì nó xảy ra đồng thời cả hấp thụ và bức xạ nếu ta chiếu photon tới. Nếu số nguyên tử ở mức 1 nhiều hơn thì xác suất xảy ra hấp thụ lớn hơn xác suất bức xạ, xét theo tổng thể thì quá trình hấp thụ chiếm ưu thế. Còn nếu số nguyên tử ở mức 2 nhiều hơn thì quá trình bức xạ chiếm ưu thế. Nói cụ thể như vậy để một số bạn học sinh (có thể chưa rõ) hiểu rằng đối laser, ở đó vẫn có quá trình hấp thụ mặc dù rất ít, chứ ko phải chỉ phát xạ đơn thuần.  (còn với thầy giáo viên thì Nhung ko dám. :)  )
  




Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: Colosseo trong 01:22:04 PM Ngày 14 Tháng Tư, 2011
Lâu quá mình không còn nhớ cách gọi mức L, mức K trong câu hỏi đầu tiên của thầy giaovienvatly là tương ưng với mức thứ mấy (1,2,3,...?) của nguyên tử H nhỉ? Ai làm ơn có thể nhắc dùm mình với.


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: giaovienvatly trong 10:36:44 PM Ngày 14 Tháng Tư, 2011
Cảm ơn Hồng Nhung!
Chưa hiểu thì hỏi. Biết sẽ tránh được sai lầm. Qua câu trả lời của Hồng Nhung, tôi nhận thức được: trong hiện tượng PXCƯ, chỉ có khái niệm ánh sánh chiếu tới, cách diễn đạt " bay ngang qua" hay "lướt qua" có vẻ tối nghĩa. Có đúng không nhỉ?
Với câu hỏi của thày Colosseo: K = 1; L = 2; M = 3; N = 4; ...


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: Colosseo trong 09:27:40 AM Ngày 15 Tháng Tư, 2011
Với câu hỏi của thày Colosseo: K = 1; L = 2; M = 3; N = 4; ...

Cảm ơn thầy!

  Mạn phép trình bày hơi dài dòng chút:
 
  * Bức xạ cảm ứng: Nguyên tử đang ở trạng thái kích thích E2, chiếu photon có năng lượng hv=E2-E1 tới, do tương tác với nguyên tử --> nguyên tử chuyển về trạng thái E1 và phát ra một photon. Ở đây nguyên tử chuyển là do bị photon bay tới kích thích. Kết quả là ta thu được 2 photon (photon bay tới kích thích ban đầu ko bị mất đi và một photon mới sinh ra). Cơ chế tương tác ra sao thì mình ko rõ, nhưng ko có sự trao đổi năng lượng giữa photon tới và nguyên tử, có lẽ nó chỉ đóng vai trò kích thích (xúc tác). Ai hiểu rõ hơn thì chỉ giúp mình nhé.


Các hiện tượng hấp thụ, bức xạ tự phát và kích thích đã được nghiên cứu rất cặn kẽ trong cơ học lượng tử.

Hiện tượng hấp thụ thì tương đối dễ hiểu vì khá trực giác. Hiện tượng bức xạ tự phát là phổ biến nhất, có ở hầu hết các nguồn ánh sáng mà ta gặp hàng ngày (như bóng đèn). Tuy nhiên hiện tượng bức xạ tự phát lại là cái khó giải thích một cách chặt chẽ nhất, đòi hỏi đến việc phải lượng tử hóa trường điện từ. Hiện tượng bức xạ kích thích thì ít gặp hơn, nó được sử dụng để chế tạo laser.

1. Bức xạ cảm ứng và hấp thụ

Khi áp dụng mô hình bán cổ điển* để giải bài toán tương tác giữa nguyên tử dưới nhiễu loạn của trường điện từ biến đổi điều hòa theo thời gian thì người ta thu được các kết quả thể hiện rằng trong sự tương tác này có 2 quá trình được hình thành: 1. quá trình eletron hấp thụ năng lượng từ trường điện từ chuyển lên trạng thái kích thích; 2. quá trình electron đang ở mức kích thích cao chuyển dời xuống mức thấp hơn, sinh ra một photon. Hai quá trình này tương đương với bức xạ cảm ứng (2) và sự hấp thụ (1).

Khi sử dụng mô hình lượng tử**, người ta vẫn tìm thấy các kết quả như vậy.

Bức xạ cảm ứng có thể hiểu nôm na là khi trường điện từ xuất hiện nó sẽ kết hợp với các nguyên tử và “dẫn” các eletron dao động. Các eletron vì vậy bị dịch chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn.

Một cách tự nhiên, khi chiếu photon vào nguyên tử thì hiện tượng hấp thụ xảy ra nhiều hơn so với bức xạ cảm ứng (vì ở trạng thái cân bằng bền, số lượng eletron/nguyên tử ở trạng thái cơ bản nhiều hơn ở trạng thái kích thích). Muốn cho bức xạ cảm ứng là hiện tượng chi phối chủ yếu (nghĩa là mạnh hơn hấp thụ) thì người ta phải làm sao cho số electron/nguyên tử ở trạng thái kích thích nhiều hơn ở trạng thái cơ bản. Kỹ thuật này gọi là làm “đảo nghịch dân số”, một kỹ thuật không thể thiếu trong laser.


2. Bức xạ tự phát

Bức xạ tự phát chỉ có thể được giải thích bằng mô hình lượng tử của ánh sáng**. Giải bài toán tương tác trên theo mô hình lượng tử người ta đồng thời thu được cả 3 hiện tượng. Trong đó có hấp thụ, bức xạ cảm ứng như ở trên và bức xạ tự phát.

Theo mô hình lượng tử ánh sáng, người ta thấy rằng ngay cả khi không có photon, trường vẫn mang một năng lượng (xét theo quan niệm cổ điển, không có photon thì năng lượng phải bằng 0), gọi là năng lượng điểm không của dao động tử điều hòa. Trường này được gọi là trường chân không. Trường chân không này xuất hiện mọi nơi, ngay cả trong chân không, tồn tại một năng lượng.  

Bức xạ tự phát là một trong những hệ quả của trường chân không: Ngay cả khi không có photon, trường chân không sẽ kích hoạt các electron ở mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp và tạo nên bức xạ.


-------------------------------------------------
( * ) Mô hình bán cổ điển: nguyên tử thể hiện tính chất lượng tử (chuyển động của electron tuân theo pt Schrodinger), ánh sáng có tính chất sóng (vd: E = A*sin(omega*t + phi))
(**) Mô hình lượng tử: nguyên tử thể hiện tính chất lượng tử, ánh sáng cũng được lượng tử hóa (bằng các photon, E_photon = h*f).


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: giaovienvatly trong 10:38:19 PM Ngày 17 Tháng Tư, 2011
Thày Colosseo trình bày rất cặn kẽ!
Trong giới hạn chương trình phổ thông, tôi muốn hỏi về trường hợp phát xạ cảm ứng mà SGKVL12 nêu ra. Theo SGKVL12, chúng ta hiểu rằng các nguyên tử đang ở trạng thái "đảo ngược dân số" và đang sẵn sàng phát ra các pho ton có năng lượng e = hv. Bây giờ có một pho ton có năng lượng e' = e bay "LƯỚT QUA" nguyên tử thì nguyên tử lập tức phát ra pho ton có năng lượng e' = e bay song song, cùng phương với e'...
Tôi đã hiểu: bay LƯỚT QUA tức là không gặp nguyên tử, nên mới nêu tình huống pho ton có năng lượng e' bay tới gặp nguyên tử đang sẵn sàng phát ra pho ton có năng lượng e = e' thì có xảy ra phát xạ cảm ứng không.
Cách hiểu đó, theo cảm nhận của tôi qua ý kiến bạn Hồng Nhung là cách hiểu không đúng.
Theo thày Colosseo và các thành viên khác của diễn đàn, cách hiểu như vậy có đúng không?


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: Colosseo trong 09:43:56 AM Ngày 18 Tháng Tư, 2011
Theo mình hiểu, photon nhất thiết phải đập vào nguyên tử thì mới có thể gây ra các hiện tượng hấp thụ và phát xạ cảm ứng.

SGK dùng từ "bay ngang qua", thầy giaovienvatly dùng từ "bay lướt qua", bạn HNhung thì bị thầy cô hỏi "bay ngang qua" là bay như thế nào?

Theo mình, trong hiện tượng này, "bay ngang qua" hay "bay lướt qua"  đều có thể bị hiểu theo 2 cách:

1. Phương chuyển động của photon không đi qua nguyên tử: Hình ảnh này rõ ràng nhất, và là cách hiểu đầu tiên khi ta đọc các từ "bay ngang", "bay lướt".

Theo cách hiểu này thì sẽ không có phát xạ cảm ứng.

2. Phương chuyển động của photon đi qua nguyên tử: Đó là vì photon sau khi va chạm với nguyên tử sẽ vẫn tiếp tục chuyển động theo hướng cũ (không bị tán xạ, không bị lệch hướng). Ta tưởng tượng rằng photon đập vào nguyên tử và vẫn tiếp tục di chuyển như đã không hề có chuyện gì xảy ra. Vậy ta có thể nói photon đã bay ngang qua nguyên tử, bay xuyên qua nguyên tử hay bay lướt qua nguyên tử.

Theo mình, SGK dùng từ "bay ngang qua" thì nên được hiểu theo cách thứ 2. Dùng từ "bay lướt qua" dễ bị hình dung đến cách hiểu thứ nhất. Dùng từ "bay xuyên qua" thì hình ảnh sẽ rõ ràng hơn, không bị nhầm lẫn.

Theo mình, bạn HNhung bị hỏi câu hỏi kia là vì thầy cố muốn tìm hiểu bạn đã hiểu "bay ngang" theo cách 1 hay cách 2.


Tiêu đề: Trả lời: Có phát xạ cảm ứng không?
Gửi bởi: kiennat trong 10:26:26 AM Ngày 20 Tháng Mười, 2012
Theo mình hiểu, photon nhất thiết phải đập vào nguyên tử thì mới có thể gây ra các hiện tượng hấp thụ và phát xạ cảm ứng.

SGK dùng từ "bay ngang qua", thầy giaovienvatly dùng từ "bay lướt qua", bạn HNhung thì bị thầy cô hỏi "bay ngang qua" là bay như thế nào?

Theo mình, trong hiện tượng này, "bay ngang qua" hay "bay lướt qua"  đều có thể bị hiểu theo 2 cách:

1. Phương chuyển động của photon không đi qua nguyên tử: Hình ảnh này rõ ràng nhất, và là cách hiểu đầu tiên khi ta đọc các từ "bay ngang", "bay lướt".

Theo cách hiểu này thì sẽ không có phát xạ cảm ứng.

2. Phương chuyển động của photon đi qua nguyên tử: Đó là vì photon sau khi va chạm với nguyên tử sẽ vẫn tiếp tục chuyển động theo hướng cũ (không bị tán xạ, không bị lệch hướng). Ta tưởng tượng rằng photon đập vào nguyên tử và vẫn tiếp tục di chuyển như đã không hề có chuyện gì xảy ra. Vậy ta có thể nói photon đã bay ngang qua nguyên tử, bay xuyên qua nguyên tử hay bay lướt qua nguyên tử.

Theo mình, SGK dùng từ "bay ngang qua" thì nên được hiểu theo cách thứ 2. Dùng từ "bay lướt qua" dễ bị hình dung đến cách hiểu thứ nhất. Dùng từ "bay xuyên qua" thì hình ảnh sẽ rõ ràng hơn, không bị nhầm lẫn.

Theo mình, bạn HNhung bị hỏi câu hỏi kia là vì thầy cố muốn tìm hiểu bạn đã hiểu "bay ngang" theo cách 1 hay cách 2.

xin lỗi các bạn nhé.vấn đề các bạn đưa ra là bay qua hay đập vào là hoàn toàn cổ điển.theo tôi vấn đề kĩ càng hơn về bức xạ cảm ứng khoa học ngày nay còn chưa rõ vì liên quan tới hàm sóng của photon và tương tác của photon với vật chất.theo tôi.ai trả lời đc câu hỏi này chắc ăn Nobel rồi ạ