Vật Lí THPT: phan mem

Hiển thị các bài đăng có nhãn phan mem. Hiển thị tất cả bài đăng

Thứ Bảy, 24 tháng 3, 2018

tom tat li thuyet va bai tap vat li 12 by nguyễn tất thành on Scribd

Chủ Nhật, 29 tháng 3, 2015

Tia gamma là gì?

Viết bởi JK Thứ tư, 25 Tháng 3 2015 17:33

Tia gamma là một dạng bức xạ điện từ, giống như sóng vô tuyến, bức xạ hồng ngoại, bức xạ tử ngoại, tia X và vi sóng. Tia gamma có thể được dùng để điều trị ung thư, còn các vụ nổ tia gamma thì được nghiên cứu bởi các nhà thiên văn học.

Bức xạ điện từ lan truyền dưới dạng sóng hoặc hạt ở những bước sóng và tần số khác nhau. Vùng rộng bước sóng này được gọi là phổ điện từ. Phổ điện từ thường được phân chia thành bảy vùng theo trật tự giảm dần bước sóng và tăng dần năng lượng và tần số. Các vùng đó là sóng vô tuyến, vi sóng, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia X, và tia gamma.

Tia gamma rơi vào vùng phổ điện từ phía trên tia X mềm. Tia gamma có tần số lớn hơn khoảng 10¹⁸ Hz, và bước sóng nhỏ hơn 100 pico-mét (pm). (Một pico-mét là một phần nghìn tỉ của một mét.) Chúng chiếm giữ chung vùng phổ điện từ với tia X cứng. Khác biệt duy nhất giữa chúng là nguồn phát: tia X được tạo ra bởi các electron đang gia tốc, còn tia gamma được tạo ra bởi các hạt nhân nguyên tử.

Khám phá tia gamma

Tia gamma lần đầu tiên được quan sát vào năm 1900 bởi nhà hóa học người Pháp Paul Villard khi ông đang nghiên cứu bức xạ phát ra từ radium, theo tư liệu NASA. Vài năm sau đó, nhà hóa học và vật lí học gốc New Zealand, Ernest Rutherford, đề xuất tên gọi “tia gamma”, theo thứ tự tia alpha và tia beta – tên gọi chỉ những hạt khác đã được quan sát thấy từ bức xạ hạt nhân – và tên gọi tia gamma có từ đó.

Nguồn phát tia gamma

Tia gamma chủ yếu được tạo ra bởi bốn phản ứng hạt nhân khác nhau: nhiệt hạch, phân hạch, phân rã alpha và phân rã gamma. Nhiệt hạch là phản ứng cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao. Nó xảy ra trong một quá trình nhiều bước trong đó bốn proton, hay hạt nhân hydrogen, bị nén dưới nhiệt độ và áp suất cực cao để hợp nhất thành một hạt nhân helium gồm hai proton và hai neutron. Hạt nhân helium thu được nhẹ hơn bốn proton khoảng 0,7% khối lượng. Độ chênh lệch khối lượng đó biến đổi thành năng lượng theo phương trình Einstein nổi tiếng E = mc², với khoảng hai phần ba năng lượng đó được phát ra dưới dạng tia gamma. (Phần còn lại ở dạng neutrino, những hạt tương tác cực kì yếu với khối lượng gần như bằng không.) Trong những giai đoạn cuối của cuộc đời của một ngôi sao, khi nó cạn kiệt nhiên liệu hydrogen, nó có thể tạo ra các nguyên tố mỗi lúc nặng hơn qua sự hợp nhất hạt nhân và trong đó có sắt, nhưng những phản ứng này tạo ra một lượng năng lượng giảm dần ở từng giai đoạn.

Một nguồn phát tia gamma quen thuộc khác là sự phân hạch. Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở Mĩ định nghĩa phân hạch là “sự phân tách một hạt nhân nặng thành hai mảnh gần như bằng nhau (tức hạt nhân của những nguyên tố nhẹ hơn), đồng thời giải phóng năng lượng tương đối lớn ở dạng động năng của hai mảnh và ở dạng phát ra neutron và tia gamma.” Trong quá trình này, các hạt nhân nặng, ví dụ uranium và plutonium, bị vỡ thành những nguyên tố nhẹ hơn, ví dụ xenon và strontium, trong các va chạm với các hạt khác. Những hạt thu được từ những va chạm này sau đó có thể tác động lên những hạt nhân nặng khác, thiết lập một phản ứng dây chuyền. Năng lượng được giải phóng bởi vì tổng khối lượng của các hạt thu được nhỏ hơn khối lượng của hạt nhân nặng ban đầu. Độ chênh lệch khối lượng đó biến đổi thành năng lượng theo công thức E = mc² ở dạng động năng của những hạt nhân nhỏ hơn, neutrino và tia gamma.

Các nguồn phát tia gamma khác là phân rã alpha và phân rã gamma. Phân rã alpha xảy ra khi một hạt nhân nặng giải phóng một hạt nhân helium-4, giảm số nguyên tử của nó đi 2 và giảm trọng lượng nguyên tử của nó đi 4. Quá trình này có thể để lại hạt nhân với năng lượng thừa, và năng lượng đó được phát ra dưới dạng tia gamma. Phân rã gamma xảy ra khi có quá nhiều năng lượng trong hạt nhân của một nguyên tử, làm cho nó phát ra tia gamma mà không làm biến đổi điện tích hay thành phần khối lượng của nó.

Liệu pháp tia gamma

Tia gamma thỉnh thoảng được dùng để điều trị các mô ung thư trong cơ thể bằng cách phá hủy ADN của các tế bào mô đó. Tuy nhiên, liệu pháp đòi hỏi sự thận trọng tuyệt đối bởi vì tia gamma cũng có thể phá hủy ADN của các tế bào mô khỏe mạnh xung quanh. Một cách tăng tối đa liều lượng cho các tế bào ung thư đồng thời giảm thiểu sự phơi xạ cho các mô khỏe mạnh là chiếu trực tiếp nhiều chùm tia gamma từ một máy gia tốc thẳng lên trên vùng mục tiêu từ nhiều hướng khác nhau. Đây là nguyên tắc hoạt động của Dao mổ Cyber và Dao mổ Gamma.

Thiên văn học tia gamma

Một trong những nguồn phát tia gamma hấp dẫn hơn là các vụ nổ tia gamma (GRB). Đây là những sự kiện năng lượng cực cao chỉ tồn tại trong vài milli giây đến vài phút. Chúng lần đầu tiên được quan sát thấy vào thập niên 1960, và ngày nay chúng được quan sát thấy ở đâu đó trên bầu trời khoảng mỗi ngày một sự kiện.

“Trong một thời gian dài, người ta tin rằng GRB phải đến từ bên trong thiên hà của chúng ta,” theo trang web của Đại học California. “Dường như không có khả năng chúng ở xa xôi hơn nhiều – để một vụ nổ tia gamma đến từ một thiên hà ở xa, nó sẽ phải hết sức mạnh mới giải thích được độ sáng của nó mà người ta quan sát thấy.” Ngày nay, chúng ta biết rằng phần lớn GRB thật sự đến từ các thiên hà ở xa hơn 100 triệu đến hàng tỉ năm ánh sáng.

Theo Robert Patterson, giáo sư thiên văn học tại Đại học Missouri, GRB từng được người ta cho là đến từ những giai đoạn sau của các lỗ đen mini đang bốc hơi. Ngày nay, người ta tin rằng chúng phát sinh trong các va chạm của các vật thể đậm đặc như các sao neutron. Các lí thuyết khác gán những sự kiện này cho sự suy sụp của những ngôi sao siêu khối để hình thành lỗ đen. Dù là trường hợp nào, các GRB có thể tạo ra đủ năng lượng để, trong một vài giây đồng hồ, chúng có thể sáng hơn cả toàn bộ thiên hà. Vì khí quyển của Trái đất chặn mất đa phần tia gamma, cho nên các quan sát thường được tiến hành bằng các khí cầu bay lên cao và các kính thiên văn trên quỹ đạo.

Nguồn: Jim Lucas – LiveScience

http://360.thuvienvatly.com

Thứ Năm, 23 tháng 5, 2013

Lần đầu tiên tạo ra được nhiệt độ tuyệt đối âm trong phòng thí nghiệm

Nghe có vẻ như là một địa ngục băng giá, nhưng lần đầu tiên các nhà vật lí đã tạo ra được một chất khí nguyên tử có nhiệt độ dưới không độ tuyệt đối. Kĩ thuật của họ mở đường cho sự phát triển những chất liệu Kelvin âm và những dụng cụ lượng tử mới, và có thể còn giúp giải quyết một bí ẩn vũ trụ học.

Nam tước Kelvin đã định nghĩa thang đo nhiệt độ tuyệt đối hồi giữa thế kỉ 19 theo nghĩa là không có cái gì có thể lạnh hơn không độ tuyệt đối. Sau đó các nhà vật lí nhận ra rằng nhiệt độ tuyệt đối của một chất khí liên quan với năng lượng trung bình của các hạt của nó. Độ không tuyệt đối tương ứng với trạng thái lí thuyết trong đó các hạt không có năng lượng gì hết, và những nhiệt độ cao hơn tương ứng với những năng lượng trung bình lớn hơn.

Tuy nhiên, vào thập niên 1950, các nhà vật lí nghiên cứu những hệ vật chất kì lạ hơn bắt đầu nhận ra rằng điều này không phải lúc nào cũng đúng. Về phương diện kĩ thuật, bạn đọc ra nhiệt độ của một hệ từ một đồ thị vẽ xác suất của những hạt của nó được tìm thấy với những năng lượng nhất định. Thông thường, đa số các hạt có năng lượng trung bình hoặc gần-trung bình, chỉ có vài hạt ít ỏi chuyển động với những năng lượng cao hơn. Trên lí thuyết, nếu tình huống đó bị đảo ngược, với nhiều hạt có năng lượng cao hơn thay vì thấp hơn, thì đồ thị sẽ lật ngược lại và dấu của nhiệt độ sẽ đổi từ nhiệt độ tuyệt đối dương sang âm, theo giải thích của Ulrich Schneider, một nhà vật lí tại trường Đại học Ludwig Maximilian ở Munich, Đức.

Schneider và các đồng sự của ông đã đạt tới nhiệt độ dưới không độ tuyệt đối như thế với một chất khí lượng tử cực lạnh gồm những nguyên tử potassium (kalium). Sử dụng laser và từ trường, họ đã giữ từng nguyên tử trong một cấu hình kiểu mạng lưới. Ở nhiệt độ dương, các nguyên tử đẩy nhau, làm cho cấu hình bền. Sau đó đội nghiên cứu điều chỉnh nhanh từ trường, làm cho các nguyên tử hút nhau thay vì đẩy nhau. “Thay đổi này bất ngờ làm chuyển dịch các nguyên tử từ trạng thái bền nhất, năng lượng thấp nhất của chúng sang trạng thái năng lượng khả dĩ cao nhất, trước khi chúng có thể phản ứng,” Schneider nói. “Nó tựa như là đang đi qua một thung lũng, và bất ngờ nhận thấy bạn ở trên đỉnh núi.”

Ở nhiệt độ dương, một sự đảo ngược như thế sẽ là không bền và các nguyên tử sẽ suy sụp vào bên trong. Nhưng đội khoa học còn điều chỉnh trường laser bẫy để làm cho các nguyên tử dính vào vị trí của chúng. Kết quả này, công bố trên tạp chí Science, đánh dấu sự chuyển trạng thái của chất khí từ ngay trên không độ tuyệt đối xuống vài phần tỉ của một Kelvin dưới không độ tuyệt đối.

Wolfgang Ketterle, một nhà vật lí giành Giải Nobel tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge, người trước đây đã chứng minh nhiệt độ tuyệt đối âm trong một hệ từ tính, đã gọi kết quả mới trên là một “thành tựu thực nghiệm”. Các trạng thái năng lượng cao kì lạ khó tạo ra trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ dương trở nên bền ở nhiệt độ tuyệt đối âm – “như thể bạn có thể đứng trên đỉnh kim tự tháp mà không lo nó bị đỗ,” ông nói – và những kĩ thuật như thế có thể cho phép những trạng thái này được nghiên cứu chi tiết. “Đây có thể là một cách tạo ra những dạng mới của vật chất trong phòng thí nghiệm,” Ketterle bổ sung thêm.

Nếu được tạo ra, những hệ như vậy sẽ hành xử theo những kiểu kì lạ, theo Achim Rosch, một nhà vật lí lí thuyết tại trường Đại học Cologne ở Đức, người đã đề xuất kĩ thuật mà Schneider và đội của ông thực hiện. Chẳng hạn, Rosch và các đồng sự của ông đã tính được rằng trong khi những đám mây nguyên tử thông thường bị hút xuống dưới bởi lực hấp dẫn, nhưng nếu một phần đám mây ở nhiệt độ tuyệt đối âm, thì một số nguyên tử sẽ chuyển động lên phía trên, rõ ràng kháng lại lực hấp dẫn.

Một nét đặc biệt nữa của chất khí dưới không độ tuyệt đối là nó na ná ‘năng lượng tối’, lực bí ẩn đẩy Vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh kháng lại lực hút hấp dẫn hướng vào trong. Schneider lưu ý rằng các nguyên tử hút nhau trong chất khí mà đội khoa học vừa tạo ra cũng muốn co sụp vào bên trong, nhưng không xảy ra bởi vì nhiệt độ tuyệt đối âm làm chúng cân bằng. “Cái thú vị là đặc điểm kì lạ này xảy ra trong Vũ trụ và cũng xảy ra trong phòng thí nghiệm,” ông nói. “Đây có lẽ là cái các nhà vũ trụ học nên xem xét kĩ lưỡng hơn.”

http://360.thuvienvatly.com/

Thứ Tư, 27 tháng 7, 2011

Video về sao chổi

Thứ Ba, 12 tháng 7, 2011

Kỉ lục từ trường mạnh nhất thế giới

Ngày 22 tháng 6 năm 2011, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf đã lập một kỉ lục thế giới mới với từ trường mạnh 91,4 Tesla. Để đạt tới kỉ lục này, Sergei Zherlitsyn cùng các đồng nghiệp của ông tại Phòng thí nghiệm Từ trường Cao Dresden (HLD) đã chế tạo một cuộn dây nặng chừng 200 kg trong đó mang dòng điện tạo ra từ trường khổng lồ - trong khoảng thời gian vài mili giây. Cuộn dây trải qua thí nghiệm một cách bình an vô sự.

“Với kỉ lục này, thật ra chúng tôi không quan tâm việc đạt tới những giá trị trường cao, mà thay vào đó là việc sử dụng nó trong nghiên cứu khoa học vật liệu”, Joachim Wosnitza, giám đốc HLD giải thích. Các nhà khoa học trên thật sự tự hào là những người đầu tiên trên thế giới tạo ra được một từ trường cao như vậy dành cho nghiên cứu. Từ trường càng mạnh thì các nhà khoa học càng có thể khảo sát chính xác những chất liệu dùng cho những linh kiện điện tử tiên tiến hoặc cái gọi là các chất siêu dẫn – chất dẫn điện mà không có điện trở. Những từ trường cao như vậy được tạo ra bằng cách cho một dòng điện đi qua một cuộn dây đồng.

Từ trường sinh ra trong cuộn dây (Ảnh minh họa)

Nhưng từ trường cũng ảnh hưởng đến dòng điện vì nó cố gắng đẩy dòng điện ra khỏi cuộn dây. Dòng điện càng mạnh thì lực đẩy từ càng mạnh. “Ở 25 tesla, dây dồng sẽ bị xé toạc ra”, Joachim Wosnitza mô tả một kịch bản có khả năng xảy ra của sự mâu thuẫn này giữa từ trường và kim loại. Để so sánh: Một nam châm dùng trong tủ lạnh thương mại tiêu biểu có từ trường chỉ 0,05 tesla.

Để khảo sát càng cặn kẽ càng tốt sự tích điện ở những chất liệu thuộc về tương lai, các nhà nghiên cứu cần những từ trường cao hơn nữa, thí dụ 90 hoặc 100 tesla. “Tuy nhiên, ở 100 tesla, lực Lorentz bên trong dây đồng sẽ tạo ra một áp lực bằng 40.000 lần áp suất không khí ở ngang mực nước biển”, Joachim Wosnitza cho biết. Những lực này sẽ xé toạc sợi dây đồng ra giống như một vụ nổ vậy. Đây là nguyên do các nhà nghiên cứu sử dụng những hợp kim đồng đặc biệt có thể chịu nổi hàng chục nghìn áp suất khí quyển. Sau đó, họ thêm vào một lớp bọc làm từ sợi đặc biệt thường dùng cho áo chống đạn và giữ chặt hợp kim lại. Các kĩ thuật viên HZDR quấn sáu sợi dây đặc biệt này với lớp bọc thành một cuộn dây có một không gian rỗng 16 mm tại tâm của nó. Điều này cho phép tạo ra 50 tesla bên trong cuộn dây đặc biệt này khi có một xung điện ngắn nhưng mạnh đi qua dây đồng – một quá trình tắt ngay sau chỉ 0,02 giây.

Tuy nhiên, từ trường như thế vẫn còn thua xa kỉ lục thế giới 89 tesla mà người Mĩ đã tạo ra ở Los Alamos hồi vài năm trước. Và đây là nguyên do các kĩ thuật viên quấn thêm một cuộn dây thứ hai gồm mười hai lớp dây đồng xung quanh cuộn dây thứ nhất. Tuy nhiên, sợi dây này chỉ có thể chống chọi với 2.500 lần áp suất khí quyển. Nhưng được bảo vệ bởi một lớp bọc plastic, một xung điện kéo dài chỉ một phần năm của một giây là đủ để tạo ra một từ trường 40 tesla bên trong cuộn dây. Cùng với 50 tesla của cuộn dây bên trong, từ trường này cộng gộp lại thành kỉ lục thế giới mới với hơn 90 tesla. Được bọc trong một bao thép, cuộn dây kép này có chiều cao 55 cm và đường kính 32 cm; như vậy nó tương đương với một thùng nước kha khá. Trong vòng vài tuần lễ, các kĩ thuật HZDR làm việc với cuộn dây không chỉ lập kỉ lục thế giới, mà còn sẽ cho phép tiến hành nhiều nghiên cứu chất liệu mới trong tương lai trong từ trường kỉ lục trên.

Vì những thí nghiệm như thế, các nhà nghiên cứu đang đổ xô đến Dresden không chỉ từ Regensburg, Garching, và Karlsruhe, mà còn từ khắp châu Âu. Ngay cả các nhà khoa học Mĩ và Nhật Bản cũng đang đặt vấn đề họ có thể phân tử chất liệu của họ tại HZDR. Và kể từ hôm nay, năm căn phòng hiện có được trang bị những cuộn dây tương tự có thể không còn đủ đáp ứng nhu cầu của đám đông nhà nghiên cứu, và một bộ sáu “tế bào xung” nữa sẽ được xây dựng vào năm 2015. Nghiên cứu từ trường tại HZDR thật ra còn tiếp tục đẩy mạnh hơn nữa sau kỉ lục thế giới trên.

Nguồn: PhysOrg.com