Bức xạ vật đen

Thuộc Chuyên đề học tập của Vật lí 12 (Chương trình GDPT 2018), mở đầu phần Vật lí lượng tử: bức xạ nhiệt của vật đen là bài toán thực nghiệm dẫn Max Planck tới giả thuyết lượng tử hoá năng lượng, thay vì coi năng lượng biến thiên liên tục như vật lí cổ điển. Học sinh kéo thanh trượt nhiệt độ hoặc chọn nhanh các vật mẫu quen thuộc — Trái Đất (~300 K), lò nướng bánh (~700 K), bóng đèn dây tóc (~3000 K), Mặt Trời (~5778 K), sao Sirius A (~9940 K) — để xem đường cong cường độ bức xạ theo bước sóng B(λ,T) thay đổi. Vạch đứt nét đánh dấu bước sóng đỉnh theo định luật dịch chuyển Wien λmax·T = 2,898×10⁻³ m·K, trong khi số liệu tổng cường độ bức xạ j = σT⁴ (định luật Stefan-Boltzmann) và màu vật phát sáng cập nhật theo thời gian thực. Thước đo kéo được trên trục hoành giúp học sinh tự đọc vị trí bước sóng, còn nút lưu đường cong cho phép so sánh nhiều nhiệt độ trên cùng một đồ thị. So sánh trực quan lí giải vì sao bóng đèn sợi đốt kém hiệu quả chiếu sáng (đỉnh phổ nằm sâu trong hồng ngoại), vì sao vật ở nhiệt độ phòng không phát sáng nhìn thấy được, và vì sao các ngôi sao nóng hơn Mặt Trời có màu ngả xanh còn sao nguội hơn ngả đỏ. Câu hỏi gợi ý: – Tăng nhiệt độ Mặt Trời gấp đôi thì bước sóng đỉnh và tổng cường độ bức xạ thay đổi theo tỉ lệ nào? – Vì sao vật ở 300 K không phát ra ánh sáng nhìn thấy được dù vẫn bức xạ nhiệt liên tục? – Đỉnh phổ của bóng đèn dây tóc (3000 K) nằm trong hay ngoài dải ánh sáng nhìn thấy? Vì sao đèn sợi đốt toả nhiệt nhiều hơn phát sáng?