Bài giảng Thực hành Vật lý đại cương - Phần 2

n tượng nhiễu xạ ánh sáng gây ra bởi mỗi khe hẹp và hiện tượng giao thoa của các chùm tia nhiễu xạ từ N khe hẹp truyền tới mặt phẳng tiêu của thấu kính L. Vì vậy, ảnh nhiễu xạ trên màn ảnh E trong trường hợp này trở lên phức tạp hơn so với một khe. Hình 3.47. Vân nhiễu xạ qua khe hẹp 126 Trước tiên ta nhận thấy, tại những điểm ứng với các góc nhiễu xạ  thoả mãn điều kiện (3.91): b/ksin   với k=1, 2, 3 (3.93) thì mọi khe hẹp của cách tử phẳng đều cho cực tiểu nhiễu xạ: cực tiểu nhiễu xạ này được gọi là cực tiểu chính. a) Sự phân bố cường độ sáng theo sin Bây giờ ta xét sự giao thoa của các chùm tia nhiễu xạ từ N khe hẹp truyền tới những vị trí nằm trong khoảng giữa các cực tiểu chính. Nhận xét thấy hiệu quang lộ giữa các cặp tia nhiễu xạ tương ứng từ hai khe kế tiếp truyền tới điểm M trên mặt phẳng tiêu F của thấu kính hội tụ L bằng: sindLL 12  (3.94) Từ đó suy ra những tia nhiễu xạ có góc lệch  thoả mãn điều kiện:  ksind  với k = 0,1,2,3 hay d/ksin   (3.95) sẽ gây ra tại điểm M các dao động sáng cùng pha và chúng tăng cường lẫn nhau. Khi đó, M sẽ là điểm sáng và gọi là cực đại chính bậc k. + Dễ dàng nhận thấy cực đại chính trung tâm ứng với k = 0 và sin =0 nằm tại tiêu điểm F của thấu kính L. Hơn nữa, do d > b nên giữa hai cực tiểu chính sẽ có một số cực đại chính (Hình 3.49a). Hình 3.48. Nhiễu xạ qua cách tử phẳng Hình 3.49a. Vân nhiễu xạ qua cách tử phẳng 127 + Người ta cũng chứng minh được rằng giữa hai cực đại chính kế tiếp, còn có một số cực đại phụ ngăn cách bởi các cực tiểu phụ. Vị trí các cực tiểu phụ xác định bởi góc lệch  thoả mãn điều kiện: Nd k    sin (3.96) với k’=1,2,3, trừ các giá trị N, 2N, 3N, Vì các cực đại phụ có cường độ sáng rất nhỏ nên không vẽ trên hình 3.49a. Kết quả là ảnh nhiễu xạ qua cách tử phẳng có số khe N khá lớn sẽ gồm những vạch sáng song song nằm tại các vị trí xác định theo điều kiện (3.95). Các vạch sáng này ngăn cách nhau bởi những khoảng tối và có cường độ sáng giảm từ cực đại trung tâm ra xa nó về cả hai phía (xét trong phạm vi giữa hai cực tiểu chính bậc 1 ứng với sin +/b và -/b). Trong thí nghiệm này, ta sẽ nghiên cứu hiện tượng nhiễu xạ của chùm laser chiếu qua một cách tử phẳng, khảo sát sự phân bố cường độ sáng trên ảnh nhiễu xạ của nó, từ đó xác định bước sóng  của Laser. b. Xác định bước sóng của chùm Laser nhiễu xạ qua cách tử phẳng. Từ ảnh nhiễu xạ, ta suy ra công thức xác định bước sóng  của chùm tia Laser bằng cách áp dụng công thức (3.96) đối với cực đại chính bậc 1:  sin.d (3.97) Đối với cực đại chính bậc 1 (hình 3.49b), góc  khá nhỏ nên có thể coi gần đúng: f a tg 2 sin   (3.98) Thay (3.98) vào (3.97) ta tìm được hệ thức: f ad 2  (3.99) Theo công thức (3.99), ta có thể xác định được bước sóng  của chùm tia Laser nếu cho biết trước chu kỳ d của cách tử phẳng. 2.3. Sơ lược về nguồn sáng Laser (xem phụ lục 1) Hình 3.49b. Nhiễu xạ của chùm laser 128 Laser là từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh – Light Amplification by stimulated Emision of Radiation – (Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cảm ứng) để chỉ các bức xạ điện từ kết hợp, có độ đơn sắc cao, có cường độ lớn, và tính định hướng cao, được tạo ra trong các điều kiện đặc biệt. Khi chiếu bức xạ điện từ đơn sắc có tần số  vào một chất, electron của các nguyên tử ở mức năng lượng cơ bản 1E hấp thụ bức xạ và chuyển lên mức năng lượng kích thích 2E cao hơn ( 12 EE  ). Nhưng electron chỉ tồn tại ở mức năng lượng kích thích 2E trong khoảng thời gian ngắn (10 -3s10-8 s) và được gọi là thời gian sống , sau đó chúng lại chuyển về mức năng lượng cơ bản 1E và phát bức xạ. Quá trình chuyển mức năng lượng khi hấp thụ hoặc phát xạ đều tuân theo hệ thức Anhstanh: 12 EEh   (3.100) với h = 6,625.10-34 Js là hằng số Planck và  h là năng lượng photon của bức xạ điện từ có tần số . Trong thí nghiệm này, ta dùng laser bán dẫn - gọi là diode laser. Khi cho dòng điện một chiều có cường độ thích hợp chạy qua lớp tiếp xúc p-n tạo ra từ chất bán dẫn cơ bản GaAs, tia Laser sẽ được phát ra do quá trình tái hợp p-n để tạo ra các photon. Nguyên tắc tạo ra trạng thái đảo mật độ trong diode Laser như sau: Các electron trong vùng hoá trị chuyển lên vùng dẫn nhờ một quá trình “bơm” (kiểu điện hoặc kiểu quang). Kết quả là giữa các mức năng lượng thấp của vùng dẫn và các mức năng lượng cao ở vùng hoá trị có sự đảo mật độ của electron. Trạng thái đảo mật độ electron là trạng thái không cân bằng, nó chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn 10-13 s và đủ để gây ra hiệu ứng Laser. 3. Trình tự thí nghiệm 3.1. Dụng cụ (hình 3.50) 1. Nguồn phát tia laser bán dẫn (Diode Laser); 2. Cách tử nhiễu xạ phẳng; 3. Thấu kính hội tụ (2 điốp) và hộp bảo vệ; 4. Bộ cảm biến và khuếch đại; 5. Đồng hồ chỉ thị cường độ vạch nhiễu xạ; 6. Thước Panme chính xác 0,01 mm; 129 7. Hệ thống giá đỡ thí nghiệm. 3.2. Trình tự thí nghiệm 3.2.1. Cơ chế hoạt động của bộ thiết bị khảo sát nhiễu xạ (hình 3.51) Hình 6. Sơ đồ thí nghiệm + Diode laser DL: phát ra chùm tia laser màu đỏ chiếu vuông góc vào mặt 1 2 3 5 4 6 7 Hình 3.51. Cơ chế hoạt động của bộ thiết bị khảo sát nhiễu xạ Hình 3.50. Bộ thí nghiệm xác định bước sóng chùm Laser 130 + Khi đi qua cách tử, chùm tia Laser bị nhiễu xạ và truyền qua thấu kính hội tụ TK (có tiêu cự f = 500 mm), cho ảnh nhiễu xạ trên mặt phẳng tiêu diện của TK . + Để xác định vị trí các cực đại nhiễu xạ và khảo sát sự phân bố cường độ sáng của chúng, ta dùng một cảm biến quang điện silicon QĐ đặt trong một hộp kín, phía trước có màn chắn sáng, có khe hở rộng khoảng 0,2–0,3 mm. Hộp cảm biến được gắn trên đầu trục của panme P, nên có thể di chuyển được theo phương ngang. Cường độ tia Laser rọi vào cảm biến quang điện QĐ, chuyển đổi thành cường độ dòng điện, chạy qua một điện trở sun 220 . Hiệu điện thế rơi trên điện trở sun này được đo và chỉ thị bởi Milivon kế điện tử MV, có lối vào là một ổ cắm 5 chân C. 3.2.2. Kiểm tra và điều chỉnh chuẩn trực cho hệ thống Để kết quả được chính xác, trước hết ta kiểm tra và điều chỉnh chuẩn trực cho hệ thống, tức là điều chỉnh sao cho chùm tia Laser tới đập thẳng góc vào bảng màn ảnh, đúng vào vị trí trung tâm của cảm biến QĐ. Muốn vậy ta hãy thực hiện các theo bước sau: + Vặn panme P đưa cảm biến quang điện QĐ về vị trí trung tâm (khoảng 12,5mm trên thân thước kẹp của panme). + Nhấc bàn trượt có gắn cách tử ra khỏi giá quang học và đặt xuống mặt bàn. Cắm phích điện của nguồn Laser DL vào ổ điện ~220 V và bật công tắc K1 của nó, ta nhận được chùm tia Laser màu đỏ. Quan sát cảm biến quang điện QĐ xem chùm tia Laser có chiếu đúng vào tâm lỗ tròn trên mặt cảm biến hay không. Nếu lệch, nới nhẹ các con ốc trên khớp đa năng để xoay nguồn laser DL sao cho tia sáng rọi đúng vào tâm lỗ và vuông góc với bề mặt lỗ. Với hai phép xoay quanh hai trục và hai phép tịnh tiến dọc theo hai trục của khớp vạn năng, ta hoàn toàn có thể điều chỉnh chuẩn trực chính xác cho hệ thống. + Đặt bàn trượt có gắn cách tử trở lại giá quang học. Điều chỉnh vị trí cách tử nhờ khớp nối đa năng của nó, sao cho tia laser rọi đúng vào tâm (hình vuông) cách tử. Tiếp tục điều chỉnh xoay cách tử sao cho tia phản xạ từ mặt cách tử ngược trở lại đúng vào lỗ ra của tia Laser. Dịch chuyển bàn trượt dọc theo giá quang học đến vị trí sao cho thấu kính TK cách mặt cảm biến quang điện QĐ đúng 500 mm thì chốt lại và giữ cố định khoảng cách này trong suốt quá trình đo. 131 Nếu hệ thống đã được điều chỉnh đúng thì: + Trên mặt cảm biến quang điện QĐ xuất hiện một dãy chấm sáng sắc nét, nằm trên đường thẳng nằm ngang đi qua tâm lỗ. + Nếu ta đẩy bàn trượt dọc theo giá quang học, vệt sáng của chùm Laser trên cách tử không thay đổi vị trí. 3.2.3. Tiến hành thí nghiệm a. Quy “0” và điều chỉnh độ nhạy của miliVôn kế điện tử MV + Cắm phích lấy điện của Milivôn kế điện tử MV vào ổ điện ~220 V. + Đặt núm chọn thang đo của bộ MV ở vị trí 1,5mV và vặn nhẹ núm biến trở Rf của nó về vị trí tận cùng bên trái. Bấm khoá K trên mặt bộ MV, chờ khoảng 3 phút để bộ khuếch đại ổn định. + Tiến hành điều chỉnh số “0” cho milivôn kế điện tử MV bằng cách: che sáng hoàn toàn khe hở của cảm biến quang điện QĐ (hoặc tắt nguồn laser bằng cách ngắt công tắc K1 trên nguồn Laser DL), vặn từ từ núm biến trở “quy 0” (lắp ngay dưới đồng hồ chỉ thị) để kim đồng hồ MV chỉ đúng số 0. + Để điều chỉnh độ nhạy thích hợp cho MiliVôn kế điện tử MV, ta vặn từ từ cán của panme P sao cho cực đại giữa (có cường độ sáng lớn nhất) của ảnh nhiễu xạ lọt đúng vào giữa khe hở của cảm biến quang điện QĐ. Khi đó kim của miliVôn kế điện tử MV lệch mạnh nhất. Vặn núm xoay của biến trở Rf sao cho kim của miliVôn kế điện tử lệch tới vạch cuối thang đo (80 hoặc 90). (Nếu không đạt được độ lệch này, thì phải vặn mạch chuyển thang đo của bộ MV sang vị trí “15 mV” ứng với độ nhạy lớn nhất của nó, và tiến hành điều chỉnh theo cách trên). b. Khảo sát sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ Laser Vì cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ Laser tỷ lệ với cường độ I của dòng quang điện, tức tỷ lệ với hiệu điện thế U rơi trên điện trở R, nên ta có thể khảo sát sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser bằng cách khảo sát sự biến thiên của hiệu điện thế U theo vị trí x của các cực đại chính nằm giữa hai cực tiểu chính (ứng với b/sin   ) tuân theo các bước sau đây: 1. Vặn từ từ cán của panme P để dịch chuyển khe hở của cảm biến quang điện QĐ trong khoảng giữa hai cực tiểu chính bậc một trên ảnh nhiễu xạ. Để thuận tiện ta vặn panme P về phía giá trị 0 của nó, sao cho khe của tế bào quang điện 132 QĐ trùng mép ngoài của bậc 1. Đọc và ghi giá trị của x và U tương ứng vào bảng 3.20. 2. Sau đó vặn panme P dịch chuyển một khoảng nhỏ bằng 0,10 mm (ứng với dịch chuyển 10 vạch trên du xích của panme P) để khe của tế bào quang điện QĐ tiến về phía vân trung tâm. Đọc và ghi giá trị x và hiệu điện thế U tương ứng vào bảng 3.20. Tiếp tục tiến hành điều chỉnh panme P mỗi lần 0,10mm như trên sau đó đọc và ghi giá trị hiệu điện thế U tương ứng với mỗi vị trí x trên panme P vào bảng 3.20. c. Xác định bước sóng của chùm tia Laser. Sau khi xác định được cực đại sáng giữa ứng với k = 0, vặn từ từ panme P để đo khoảng cách a giữa hai cực đại nhiễu xạ bậc nhất ứng với k = 1 nằm đối xứng ở hai bên cực đại sáng giữa. Trong thí nghiệm này, để xác định chính xác vị trí đỉnh của các cực đại nhiễu xạ, ta tiến hành đo như sau: + Dịch chuyển panme P theo một chiều từng 0,01mm tại những điểm lân cận ở hai phía của các đỉnh này để tìm giá trị cực đại của hiệu điện thế U. + Thực hiện phép đo này 5 lần, đọc và ghi giá trị của a trên thước panme vào bảng 3.21. 4. Câu hỏi kiểm tra 4.1. Định nghĩa hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Mô tả ảnh nhiễu xạ của chùm tia sáng song song chiếu qua một khe hở hẹp. 4.2. So sánh ảnh nhiễu xạ của chùm tia sáng song song chiếu qua một cách tử phẳng với ảnh nhiễu xạ của chùm tia sáng song song chiếu qua một khe hở hẹp. Nêu rõ các công thức xác định vị trí các cực tiểu chính và của các cực đại chính trong ảnh nhiễu xạ. 4.3. Khi xác định bước sóng  của chùm tia laser nhiễu xạ qua cách tử, tại sao không đo trực tiếp khoảng cách giữa cực đại chính bậc 1 và cực đại giữa (ứng với k=0), mà lại đo khoảng cách a giữa hai cực đại chính 1 (ứng với k = 1)? 4.4. Khi khảo sát sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ Laser, tại sao ta chỉ xét trong khoảng giữa hai cực tiểu chính bậc 1 (ứng với k=1) và phải kiểm tra lại vị trí đỉnh của các cực đại chính bằng cách chỉ dịch chuyển panme P từng 0,01mm (mà không dịch chuyển từng 0,10mm như lúc đầu) theo một chiều? 133 5. Báo cáo thí nghiệm Điểm Thời gian lấy số liệu: Ngày tháng năm Chữ ký của giáo viên hướng dẫn: 5.1. Mục đích thí nghiệm ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 5.2. Kết quả thí nghiệm Bảng số liệu Bảng 3.20. Khảo sát sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser + Độ chính xác của thước panme: ..(mm) + Độ chính xác của MiliVon kế điện tử MV ..(mV) x (mm) I (mA) x (mm) I (mA) Bảng 3.21. Xác định bước sóng của chùm tia Laser + Chu kì của cách tử phẳng: d = (mm-1) + Tiêu cự của thấu kính hội tụ: f = (mm) + Độ chính xác của panme: ..(mm) + Độ chính xác của thước milimét: ..(mm) Lần x1 (mm) x2 (mm) a = |x2 – x1| (mm) 1 2 3 134 4 5 Giá trị trung bình a = 5.3. Khảo sát sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ Laser Căn cứ vào số liệu x và I ở bảng 3.20, vẽ đồ thị : )(xfI  . 5.4. Tính và biểu diễn kết quả bước sóng của chùm Laser Căn cứ vào số liệu đo ở bảng 3.21 và công thức (3.99) để tính bước sóng của chùm Laser và viết kết quả.  f da 2 .         a a f f d d  135   .     5.5. Nhận xét và đánh giá kết quả (Trình bày ý nghĩa vật lý của bài thí nghiệm, nhận xét và đánh giá kết quả đo được, kiến nghị) 136 Phụ lục 1 GIỚI THIỆU VỀ NGUỒN SÁNG LASER Tia Laser là một bức xạ điện từ có độ đơn sắc cao, có cường độ lớn, có tính kết hợp và định hướng cao. Dụng cụ phát ra tia Laser gọi là nguồn sáng Laser, hay đơn giản là Laser. Laser là viết tắt của cụm từ tiếng Anh “Light Amplification by Stimulaled Emisson of Radiation” có nghĩa là “Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cảm ứng”. Ta hãy tìm hiểu về nguyên lí hoạt động của Laser: Khi chiếu bức xạ điện từ đơn sắc có tần số f vào một chất, electron hoá trị của các nguyên tử ở mức năng lượng cơ bản E1 hấp thụ bức xạ và chuyển lên mức năng lượng kích thích E2 cao hơn (E2 > E1). Nhưng các electron chỉ tồn tại ở mức năng lượng kích thích E2 trong khoảng thời gian ngắn (cỡ 10 -3-10-8 s) - gọi là thời gian sống  , sau đó chúng lại chuyển về mức năng lượng cơ bản E1và phát bức xạ (hình 1). Quá trình chuyển mức năng lượng khi hấp thụ hoặc phát xạ đều tuân theo hệ thức Anhstanh: 12 EEhf  với h = 6,625.10-34Js là hằng số Planck, hf là năng lượng photon của bức xạ điện từ. Như vậy, nếu số electron ở mức năng lượng cơ bản E1 càng nhiều thì khả năng để nguyên tử hấp thụ bức xạ càng lớn; còn nếu số electron ở mức năng lượng kích thích E2 càng nhiều thì khả năng nguyên tử phát xạ càng lớn. Nói cách khác là: xác suất xảy ra hấp thụ tỷ lệ với mật độ N1 của electron ở mức năng lượng E1 và xác suất xảy ra phát xạ tỷ lệ với mật độ N2 của electron ở mức năng lượng kích thích E2. Thông thường thì N2 < N1, nên xác suất xảy ra phát xạ nhỏ hơn xác suất xảy ra hấp thụ. Trong điều kiện này, quá trình phát xạ không có tính kết hợp và hấp thụ phát xạ E1 Hình 1. Nguyên lý hoạt động của Laser E2 137 được gọi là phát xạ tự phát, trong đó các bức xạ tự phát hoàn toàn độc lập với nhau, không có sự liên hệ về pha và hướng. Nhưng, nếu bằng cách nào đó tạo ra được N2 > N1 thì xác suất xảy ra phát xạ lớn hơn xác suất xảy ra hấp thụ. Khi đó quá trình phát xạ có tính kết hợp và được gọi là phát xạ cảm ứng, trong đó các bức xạ cảm ứng có cùng tần số, cùng pha, cùng hướng và cùng độ phân cực với bức xạ kích thích. Như vậy, điều kiện cần để có thể xảy ra phát xạ cảm ứng là có sự đảo mật độ hạt, nghĩa là mật độ nguyên tử ở trạng thái năng lượng kích thích phải lớn hơn mật độ nguyên tử ở trạng thái năng lượng cơ bản. Môi trường chất ở trạng thái có sự đảo mật độ hạt được gọi là môi trường kích hoạt. Có thể tạo ra sự đảo mật độ hạt trong môi trường kích hoạt nhờ phương pháp kích thích kiểu “bơm điện” (phóng điện qua môi trường kích hoạt), hoặc “bơm quang” (dùng nguồn sáng thích hợp có cường độ mạnh chiếu vào môi trường kích hoạt) theo nguyên tắc sau: Giả sử một chất có hai mức năng lượng E1, E2 (với E2 > E1) có mật độ nguyên tử tương ứng là N1, N2 và lúc đầu N1 > N2. Chiếu vào môi trường chất ấy bức xạ kích thích có tần số f, một số nguyên tử được “bơm” từ mức E1 lên mức E2, nên N1 giảm và N2 tăng. Nhưng khi N2 tăng, xác suất xảy ra phát xạ (nghĩa là quá trình nguyên tử chuyển từ mức E2 về mức E1) cũng tăng lên. Do đó, N2 lại giảm và N1 lại tăng. Kết quả là không thể đạt tới trạng thái đảo mật độ hạt trong môi trường kích hoạt. Để tạo ra trạng thái đảo mật độ hạt, người ta sử dụng môi trường kích hoạt trong đó nguyên tử có ba (hoặc bốn) mức năng lượng E1, E2, E3 sao cho thời gian sống 3 của nguyên tử ở mức E3 rất nhỏ so với thời gian sống 2 ở mức E2. Bằng phương pháp “bơm” sao cho các nguyên tử bị kích thích sẽ chuyển từ mức E1 lên mức E3. Nhưng vì 3 2  , nên các nguyên tử ở mức E3 nhanh chóng chuyển về mức E2 để tạo thành trạng thái đảo mật độ hạt N2 > N1 và dẫn tới hiện tượng phát xạ cảm ứng. Hiện nay đã có nhiều loại nguồn Laser, trong đó môi trường kích hoạt có thể là chất khí, lỏng, rắn. Laser khí He-Ne sử dụng chất kích hoạt là hỗn hợp khí Heli (90%) và khí Neon (10%) ở áp suất thấp. Laser hồng ngọc sử dụng chất kích hoạt là thanh hồng ngọc Rubi (tinh thể Al203) có pha ion Cr+3 với tỷ lệ 0,05%. 138 Trong thí nghiệm này, ta dùng diode Laser (Laser bán dẫn). Cho một dòng điện một chiều có cường độ thích hợp chạy qua lớp tiếp xúc p-n tạo ra từ các chất bán dẫn cơ bản như GaAs, Ga(AsP), (GaAl)As, tia Laser sẽ được phát ra do quá trình tái hợp. Đây là một quá trình biến đổi trực tiếp khá hiệu quả từ điện năng thành quang năng Laser, hiệu suất của diode Laser bán dẫn %2 IV p n phat  , của diode phát quang (LED) xấp xỉ 0,1 đến 1%. Nguyên tắc tạo ra trạng thái đảo mật độ hạt trong diode laser như sau: Hai phía chuyển tiếp p-n của diode Laser là các bán dẫn được pha tạp rất mạnh (suy biến), khi chuyển tiếp p-n này được phân cực thuận các điện tử được phun vào vùng p còn các lỗ trống phun vào vùng n. Như vậy ở vùng gần chuyển tiếp, giữa các mức năng lượng thấp của vùng dẫn và các mức năng lượng cao của vùng hoá trị nồng độ hạt tải được tạo ra đủ để hiệu ứng Laser xuất hiện, tức là có hiện tượng đảo mật độ electron. 139 Phụ lục 2 BẢNG MỘT SỐ HẰNG SỐ VẬT LÝ CƠ BẢN Stt H»ng sè KÝ hiÖu Gi¸ trÞ lµm trßn Gi¸ trÞ thùc nghiÖm tèt nhÊt (1986) Gi¸ trÞ (a) Sai sè t-¬ng ®èi (b) 1 H»ng sè hÊp dÉn G 6,67.10- 11m3/s2.kg 6,67260 100 2 Tèc ®é ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng C 3,00.108m/s 2,99792458 3 H»ng sè khÝ lý tuëng R 8,31J/molK 8,314510 8,4 4 H»ng sè Avogadro NA 6,02.1023mol-1 6,0221367 0,59 5 H»ng sè Boltzmann K 1,38.10-23J/K 1,380657 11 6 ThÓ tÝch mol cña khÝ lý t-ëng ë §KTC Vm 2,24.10-2m3/mol 2,24109 8,4 7 H»ng sè Stefan- Boltzmann  5,67.10-8 W/m2.K4 5,67050 34 8 §iÖn tÝch nguyªn tè E 1,60.10-19C 1,6217738 0,30 9 Khèi l-îng electron me 9,11.10-31kg 9,1093897 0,59 10 Khèi l-îng electron c) me 5,49.10-4u 5,48579902 0,023 11 §iÖn tÝch riªng electron e/me 1,76.1011C/kg 1,75881961 0,30 12 H»ng sè ®iÖn o 8,85.10-12F/m 8,85418781762 13 H»ng sè tõ thÈm 0 1,26.10-6H/m 1,2563706143 14 H»ng sè Rydberg R 1,10.107m-1 1,0973731534 0,0012 15 B¸n kÝnh Bohr rB 5,29.10-11m 5,29177149 0,045 16 Momen tõ cña electron e 9,28.10-24J/T 9,2847700 0,34 140 17 Momen tõ cña proton p 1,41.10-26J/T 1.41060761 0,34 18 Manheton Bohr B 9,27.10-24J/T 9,2740154 0,34 19 Manheton h¹t nh©n N 5,50.10-27J/T 5,0507865 0,34 20 H»ng sè Faraday F 9,65.104C/mol 9,6485309 0,30 21 H»ng sè Planck H 6,63.10-34Js 6,6260754 0,60 22 B-íc sãng Compton cña electron c 2,43.10-12m 2,42531058 0,089 23 Khèi l-îng proton mp 1,67.10-27kg 1,676230 0,59 24 Tû sè khèi l-îng proton trªn khèi l-îng electron mp/ me 1840 1836,152701 0.020 25 Khèi l-îng n¬tron mn 1,68.10-27kg 1,6749286 0,59 26 Khèi l-îng protonc) mp 1,0073u 1,007266470 0,012 27 Khèi l-îng n¬tonc) mn 1,0087u 1,008664704 0,14 28 Khèi l-îng nguyªn tö hydroc) M1H 1,0078u 1,007825036 0,011 29 Khèi l-îng nguyªn tö ®¬t¬ri c) M2H 2,0141u 2,0141019 0,053 30 Khèi l-îng nguyªn tö heli c) M4H e 4,0026u 4,0026032 0,067 Chó thÝch : a) C¸c gi¸ trÞ ghi trong cét nµy ph¶i cïng ®¬n vÞ vµ cã cïng bËc luü thõa cña 10 nh- gi¸ trÞ lµm trßn. b) TÝnh ra phÇn triÖu. c) Khèi l-îng ®-îc ghi theo ®¬n vÞ khèi nguyªn tö (u) trong ®ã 1u = 1,6605402.10-27 kg . 141 Phụ lục 3 BẢNG CÁC ĐƠN VỊ CƠ BẢN VÀ DẪN XUẤT Các đơn vị cơ bản Các đơn vị đo lường cơ bản (hệ SI) dưới đây là nền tảng cơ sở để từ đó các đơn vị khác được suy ra (dẫn xuất), chúng là hoàn toàn độc lập với nhau. Các định nghĩa dưới đây được chấp nhận rộng rãi. Bảng 1. Các đơn vị đo lường cơ bản Tên Ký hiệu Đại lượng Định nghĩa Mét m Chiều dài Đơn vị đo chiều dài tương đương với chiều dài quãng đường đi được của một tia sáng trong chân không trong khoảng thời gian 1/299792458 giây (CGPM lần thứ 17 (1983) Nghị quyết số 1, CR 97). Con số này là chính xác và mét được định nghĩa theo cách này. Kilôgam kg Khối lượng Đơn vị đo khối lượng bằng khối lượng của kilôgam tiêu chuẩn quốc tế (quả cân hình trụ bằng hợp kim platiniriđi) được giữ tại Viện đo lường quốc tế (viết tắt tiếng Pháp: BIPM), Sèvres, Paris (CGPM lần thứ 1 (1889), CR 3438). Cũng lưu ý rằng kilôgam là đơn vị đo cơ bản có tiền tố duy nhất; gam được định nghĩa như là đơn vị suy ra, bằng 1/1000 của kilôgam; các tiền tố như mêga được áp dụng đối với gam, không phải kg; ví dụ Gg, không phải Mkg. Nó cũng là đơn vị đo lường cơ bản duy nhất còn được định nghĩa bằng nguyên mẫu vật cụ thể thay vì được đo lường bằng các hiện tượng tự nhiên Giây s Thời gian Đơn vị đo thời gian bằng chính xác 9192631770 chu kỳ của bức xạ ứng với sự chuyển tiếp giữa hai mức trạng thái cơ bản 142 siêu tinh tế của nguyên tử xêzi - 133 tại nhiệt độ 0 K (CGPM lần thứ 13 (1967-1968) Nghị quyết 1, CR 103). Ampe A Cường độ dòng điện Đơn vị đo cường độ dòng điện là dòng điện cố định, nếu nó chạy trong hai dây dẫn song song dài vô hạn có tiết diện không đáng kể, đặt cách nhau 1 mét trong chân không, thì sinh ra một lực giữa hai dây này bằng 2.10-7 niutơn trên một mét chiều dài (CGPM lần thứ 9 (1948), Nghị quyết 7, CR 70). SI (Hệ đo lường quốc tế) 5/9. Kelvin K Nhiệt độ Đơn vị đo nhiệt độ nhiệt động học (hay nhiệt độ tuyệt đối) là 1/273,16 (chính xác) của nhiệt độ nhiệt động học tại điểm cân bằng ba trạng thái của nước (CGPM lần thứ 13 (1967) Nghị quyết 4, CR 104). Mol mol Số hạt Đơn vị đo số hạt cấu thành thực thể bằng với số nguyên tử trong 0,012 kilôgam Cacbon12 nguyên chất (CGPM lần thứ 14 (1971) Nghị quyết 3, CR 78). Các hạt có thể là các nguyên tử, phân tử, ion, điện tử... Nó xấp xỉ 6,02214199.1023 hạt. Candela cd Cường độ chiếu sáng Đơn vị đo cường độ chiếu sáng là cường độ chiếu sáng theo một hướng cho trước của một nguồn phát ra bức xạ đơn sắc với tần số 540.1012 héc và cường độ bức xạ theo hướng đó là 1/683 oát trên một sterađian (CGPM lần thứ 16 (1979) Nghị quyết 3, CR 100). 143 Các tiền tố trong hệ đơn vị cơ bản Bảng 2. Tiền tố trong hệ SI 10x Chữ viết liền thêm trước Viết tắt 1024 Yôta Y 1021 Zêta Z 1018 Êxa E 1015 Pêta P 1012 Têra T 109 Giga G 106 Mêga M 103 Kilô k 102 Héctô h 101 Đêca da 10−1 Đêxi d 10−2 Xenti c 144 10−3 Mili m 10−6 Micrô µ 10−9 Nanô n 10−12 Picô p 10−15 Phemtô f 10−18 Atô a 10−21 Giéptô z 10−24 Yóctô y Một số đơn vị dẫn xuất thường gặp Các đơn vị đo cơ bản có thể ghép với nhau để suy ra những đơn vị đo khác cho các đại lượng khác gọi là các đơn vị dẫn xuất. Bảng 3. Các đơn vị dẫn xuất Đại lượng Tên đơn vị Ký hiệu Viết khác theo SI Thứ nguyên Góc phẳng radian rad Lực, trọng lượng newton N kg.m.s -2 145 Tần số hertz Hz s-1 Công, năng lượng joule J N.m kg.m 2 .s -2 Công suất watt W J/s kg.m 2 .s -3 Áp suất, ứng suất pascal Pa N/m 2 kg.m -1 .s -2 Điện tích coulomb C s.A Điện áp, điện thế volt V W/A kg.m 2 .s -3 .A -1 Điện dung farad F C/V kg -1 .m -2 .s 4 .A 2 Điện trở, trở kháng ohm Ω V/A kg.m 2 .s-3.A -2 Độ tự cảm henry H Wb/A kg.m 2 .s -2 .A -2 Vận tốc, tốc độ m/s m.s -1 Gia tốc m/s 2 m.s -2 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Lương Duyên Bình (chủ biên) (2007). Vật lý đại cương, NXB Giáo Dục. 2. Đỗ Trần Cát (1997). Cách xác định sai số của phép đo các đại lượng vật lý, Đại học Bách Khoa Hà Nội. 3. Nguyễn Văn Hòa (2008). Vật lý đại cương, Trường Đại học Lâm nghiệp. 4. Đỗ Quốc Hùng (Chủ biên)(2006). Thực hành vật lý đại cương I, II, Học viện Kỹ thuật Quân sự. 5. Tài liệu hướng dẫn vận hành thiết bị thí nghiệm vật lý do Viện Vật lý Kỹ thuật (2003-2003). Đại học Bách Khoa HN sản xuất, Viện Vật lý Kỹ thuật, Đại học Bách Khoa H