KÍNH CH�O QUÍ TH?Y CƠ
TRU?NG THPT SƠNG D?C (TVT - C� MAU)
CHUY�N D? V?T L�
T? L� - TIN - CƠNG NGH?
GV: NGÔ VĂN SƠN

- Từ hệ phương trình Maxwell viết cho bức xạ điện trường và từ trường lan truyền trong không gian khi không có sự di chuyển của điện tích, ta có:
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Sự hình thành nên sóng điện từ
- Lấy rot 2 vế pt (1) và (2), ta được:
- Thế (3) và (4) vào (6) ta được:
- Nghiệm tổng quát của hệ pt (7) là:
- Trong đó:
2. Ánh sáng là sóng điện từ:
- Từ pt vi phân về sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian:
- Nếu ta xét trong chân không:
→ Trong chân không, sóng điện từ lan truyền bằng với tốc độ của ánh sáng. Một bằng chứng rất quan trọng để khẳng định ánh sáng cũng là sóng điện từ.
II. CƠ SỞ THỰC TẾ. SỰ TÁN SẮC SỦA DÓNG ĐIỆN TỪ
α1
α2
α1’
1. Sự bảo toàn tần số
- Để đơn giản ta chọn pha ban đầu φ = 0 , khi đó các phương trình sóng được viết:
- Theo điều kiện biên ta có:
- Ta xét thành phần điện trường – tp quyết định màu sắc của sóng điện từ.
α1
α2
α1’
- Ta nhớ lại pt (9):
- Ta cần tính các tích vô hướng:
- Trong mp (Oxy) thì:
- Vậy ta được:
- Pt (10) chỉ tồn tại khi:
- Vậy từ pt(11) ta thấy rằng, ánh sáng khi truyền từ môi trường điện môi này qua môi trường điện môi khác thì tần số không thay đổi. Tần số luôn được bảo toàn.
2. Chiết suất của môi trường điện môi và sự khúc xạ sóng điện từ
- Từ pt(12) ta có:
- Do v1 = v1’ nên ta có:
- Từ pt(13) ta lại có:
- Theo pt (13) thì:
- Gọi vận tốc của ánh sáng trong chân không là c thì:
- Pt (14) là định luật khúc xạ sóng điện từ (ánh sáng) của Descards
- Từ pt(15) ta có:
3. Sự tán sắc của sóng điện từ (ánh sáng)
- Modul vector điện cảm:
- Để tìm độ lệch x, ta cần xác định các lực tác dụng lên electron gồm:
+ Khi e dịch chuyển sinh ra gia tốc: F1 = m.a
+ Lực giả đàn hồi: F2 = - kx
+ Lực cản của nguyên tử lân cận tác dụng lên: F3 = -mγv với v là vận tốc, γ là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào bản chất môi trường. (theo Lorentz)
+ Lực điện trường của ánh sáng tác dụng lên electron: F = -eE0exp(-iωt)
- Theo phương trình II Newton:
- Giải phương trình (18) thì ta tìm được:
- Thế x vào pt(17) ta được:
- Phần thực và phần ảo của (19) là:
- Khi đó chiết suất của chất điện môi được tính theo công thức:
Ta quay lại với định luật khúc xạ và định nghĩa chiết suất:
- Nếu ta xét một chòm ánh sáng trắng (từ Mặt Trời) có bước sóng và tần số là λ1, λ2,… λi ; f1, f2,… fi chiếu trực tiếp vào một lăng kính có hệ số điện môi ε thì ta luôn có n1 = 1, α1 = const = α0. Khi đó ta có:
- Nếu ta xét trong dãy quang phổ nhìn thấy (từ đỏ đến tím) có bước sóng và tần số là λđ , λc , …, λt ; fđ, fc , …, ft . Khi đó ta có thể viết:
- Hay ta có:
→ Bước sóng của tia đỏ đã giảm khi đi vào lăng kính.
α0
αđ
- Theo định luật khúc xạ thì:
- Hàm là hàm đồng biến nên:

Xét đến tia màu cam, ta luôn có fc > fđ nên ωc > ωđ . Do đó:
α0
αđ
αc
- Vậy: với fc > fđ (ωc > ωđ ) thì nc > nđ và αc < αđ . Hay tia màu cam bị lệch (bẻ gãy) về phía đáy lăng kính nhiều hơn so với tia màu đỏ.
- Làm tương tự với các tia còn lại thì ta rút ra được: Trong tất cả các dãy quang phổ (thang sóng điện từ, trong đó có quang phổ nhìn thấy biến thiên liên tục từ đỏ đến tím) có tần số biến thiên liên tục từ
f1 > f2 > f3 > .... > fi khi đi qua lăng kính trong suốt (không có từ tính) có hệ số điện môi ε thì sẽ bị tách ra hay tán sắc (ở mặt phân cách) thành các tia với các góc (khúc xạ) lần lượt là: α1 < α2 < α3 <… αi , và chiết suất của các tia này đối với lăng kính là: n1 > n2 > n3 > .... > ni .
* Hay ta có thể nói sóng điện từ có tần số càng lớn thì sẽ có chiết suất với lăng kính càng lớn và bị bẻ gãy (ở mặt phân cách) càng nhiều - hiện tượng phân tách các sóng điện từ có tần số khác nhau. Đó chính là hiện tượng tán sắc ánh sáng.
Hiện tượng “dịch chuyển đỏ” được sử dụng để xác định chuyển động của các thiên hà ngày càng xa nhau-Vũ trụ đang giãn nở.
* Lưu ý: pt(20) và (21) chỉ tính ở mức gần đúng, nếu cần độ chính xác cao thì ta phải đưa thêm vào Vật lý lượng tử với các hàm sóng:
với uv và uc là những hàm sóng của electron và của mạng tinh thể dao động, V(r) là hàm thế năng tương tác của electron với điện trường của sóng điện từ. Khi đó ta phải xét các ma trận tương tác (các tensor metrix không-thời gian 4 chiều) giữa sóng điện từ với electron trong mạng tinh thể. Xét phần thứ ij trong ma trận sẽ là:
Trong đó Wij sẽ cho ta biết sóng có thể phản xạ hoặc khúc xạ. Eg, µ là mức năng lượng Fermi và khối lượng hiệu dụng của cặp e và lỗ trống. (Vấn đề còn rất phức tạp !)
KÍNH CH�O QUÍ TH?Y CƠ
TRU?NG THPT SƠNG D?C
CHUY�N D? V?T L�
T? L� - TIN - CƠNG NGH?
GV: NGÔ VĂN SƠN