บทที่ 18 · Web viewก. อ เล กตรอนท ม พล งงานน อยกว า 4.9 eV จะม การชนแบบย ดหย นก บอะตอมของไอปรอท

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรองฟสกสอะตอม เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 1

บทท 19 ฟสกสอะตอม

19.1 อะตอม แนวความคดเกยวกบโครงสรางของสสารในสมยกรกโบราณ

ดโมครตส (ประมาณ พ.ศ. 83 – 173) นกปราชญ ชาวกรก เสนอแนวคดกบเร องโครงสรางสสารวาโลกประกอบดวยสสารและทวาง สสารประกอบดวยอะตอมซงเปนหนวยทเลกทสด และแบงแยกตอไปอกไมได สสารแตละชนดประกอบดวยอะตอมทมเนอเหมอนกน แตมขนาด รปราง และการจดเรยงตวตางกนจงทำาใหเกดสสารตางชนดกน การเปลยนแปลงของสสารเกดจาการเปลยนแปลงลกษณะการจดเรยงตวของอะตอม

อารโตเตล (ประมาณ พ.ศ. 159 – 221) ยอมรบแนวคดของเอมเพโดคลส เขาไดอธบายโครงสรางของสสารวา สสารทกชนดมเนอตอเนอง ไมมชองวาง ไมมเนอสสารและสามารถแบงออกเปนชนเลกๆ เทาใดกได ไมจำากด นนคอ ไมมอะตอม เขาเชอวาสรรพสงทงหลายในโลก ประกอบดวยสารมลฐาน 4 อยาง คอ ดน นำา ลม ไฟ สสารชนดเดยวกนจะประกอบดวยองคประกอบมลฐานเหมอนกน การเปลยนแปลงของสสารเกดข นเม อมการเปลยนแปลงองคประกอบมลฐาน ทฤษฎอะตอมของดอลตน อธบายวา สสารประกอบดวยอะตอมซงเปนหนวยยอยทเลกทสดและแบงแยกอกตอไปไมได ธาตเดยวกนประกอบดวยอะตอมชนดเดยวกน ธาตตางชนดกนประกอบดวยอะตอมทตางกน อะตอมของธาตแตละชนดจะมรปรางและนำาหนกเฉพาะตว อะตอมชนดหนงจะเปลยนไปเปนอะตอมชนดอนไมได อะตอมของธาตหนงๆ อาจรวมกบอะตอมธาตอนไดในสดสวนคงตว19.2 การคนพบอเลกตรอน

เซอร วลเลยม ครกส (Sir Williams Crookes) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ (ในชวงป พ.ศ. 2375 – 2462) ทำาการทดลองการนำากระแสไฟฟาในหลอดแกวสญญากาศทโคงงอเปนมมฉากพบวาเกดสารเรองแสงสเขยวทผนงหลอดดานในตรงขามกบขวแคโทดซงเปนขวไฟฟาลบแสดงวาเกดรงสออกมาจากขวแคโทด จงเรยกวารงสแคโทด (Cathode Ray)


รป 19.1 วงจรไฟฟาหลอดรงสแคโทด รป 19.2

วงจรไฟฟาแบบครกส

ในเวลาตอมาไดศกษาถงธรรมชาตของรงสแคโทด โดยใชแผนโลหะบาง ๆ กนรงสแคโทด ทำาใหเกดเงาของแผนโลหะบนผนงหลอดดงรป 19.3 พบวาปกตรงสแคโทดเคลอนเปนเสนตรง แตจะเบยงเบนทศทางสนามไฟฟาและสนามแมเหลก รป 19.3 แสดงเงาทเกดจากรงสแคโทด

19.2.1 การคนพบอเลกตรอนโดยการทดลองของทอมสนเจ เจ ทอมสน (J.J. Thomson) นกฟสกสชาวองกฤษ ในป พ.ศ.

2440 ใชหลอดรงสแคโทดหาอตราสวนประจตอมวล (q/m) ของอนภาคไดเทากบ 1.76 X 10 11 คลอมบตอกโลกรม ซงการทดลองนชใหเหนวา รงสแคโทดประกอบดวยอนภาคทมมวลและอเลกตรอน คอ สวนประกอบทส ำาคญของอะตอม สรปผลการทดลองของ Thomson 1. ทอมสนไดทำาการทดลองโดยจดขนาดและทศทางของสนามไฟฟาและสนามแมเหลกใหเทากน จนกระทงรงสแคโทดวงเปนเสนตรง ดงรป 19.4

FE = FB qE = qvB v = =

รป 19.4 แนวทางการเคลอนทของอนภาครงสแคโทดใน

บรเวณทมสนามไฟฟาและสนามแมเหลกเทากน

2. ทอมสนตดสนามไฟฟาออกเหลอแตสนามแมเหลกปรากฏวารงสแคโทดวงเปนเสนโคงรศม R


ดงรป 19.5 FB = FC qvB =

รป 19.5 แนวทางการเคลอนทของอนภาครงสแคโทด ในบรเวณทมสนามแมเหลก

ถามการเรงประจดวยความตางศกย หาประจตอมวลจาก

Ek = EP mv2 = qV

19.2.2 การหาประจไฟฟาของอเลกตรอนโดยการทดลองของมลลแกน โรเบรต เอ มลลแกน ทำาการทดลองและหาประจไฟฟาของอเลกตรอนไดสำาเรจ โดยการวดปรมาณประจไฟฟาบนหยดนำามนดงน

รป 19.6 เครองมอทดลองของมลลแกน

สรปสาระสำาคญของการทดลองของมลลแกน1. มลลแกนใชกระบอกฉดนำามน โดยทปากกระบอกมรเลก หยดนำามน

เลก ๆ ทถกฉดออกมา พบวามประจไฟฟา เพราะวาเกดการเสยดสกบปากกระบอกฉด หรอเสยดสกบอากาศขณะเคลอนท บางหยดมประจไฟฟาเปนบวกเพราะเสยอเลกตรอนไป บางหยดมประจไฟฟาเปนลบเพราะไดรบอเลกตรอนเพมเขามา


2. จากการทดลองถาจดความตางศกยไฟฟาใหเหมาะสมจะมหยดนำามนบางหยดลอยนงอยกบทแสดงวาแรงเนองจากสนามไฟฟาเทากบแรงโนมถวงของโลก

FE = mgqE = mg

เมอ q คอปรมาณประจไฟฟาบนหยดนำามน ( C ) E คอขนาดของสนามไฟฟา ( V/m ) g คอความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก ( m/s2 )

m คอมวลของหยดนำามน ( kg )

จากการทดลองหยดนำามนของมลลแกนพบวาปรมาณประจทวดไดบนหยดนำามนเปนจำานวนเทาของคาคงทคอ 1.6 X 10 -19 เสมอ จากการทดลองมลลแกนสรปวาบนหยดนำามนแตละหยดทมประจไฟฟาลบนนไดรบอเลกตรอนเพมเปนจำานวนเทาของ 1.6 X 10 -19 คลอมบ เชน ประจ 2 ตว มประจเทากบ 3.2 X 10 -19 คลอมบ โดยประจไฟฟาของอเลกตรอนหนงตวมคาเทากบ –1.6 X 10 -19 คลอมบ และนยมใชสญลกษณ ( e ) แทนประจไฟฟาของอเลกตรอน

แบบฝกหดท 19.1-21. ในปจจบนใชธาตอะไรเปนมาตรฐานสำาหรบการกำาหนดหนวยทางมวลของ

อะตอม ก. ออกซเจน ข. คารบอน ค. ไฮโดรเจน ง. ยเรเนยม

2. องคประกอบอนดบแรกของอะตอมทมนษยรจกคอขอใด ก. โปรตอน ข. นวตรอน ค. นวเคลยส ง. อเลกตรอน

3. ในการทดลองหาคาประจตอมวลของทอมสนโดยใชสนามแมเหลกทมความเขม 0.002 T ถาความตางศกย ระหวางแผนขนานสองแผน หางกน 2 cm มคา 80 V ความเรวของอเลกตรอนขณะเคลอนทผานแผน โลหะนมคาเทาไร


ก. 2 X 10 6 m / s ข. 4 X 10 6 m / s ค. 6 X 10 6 m / s ง. 8 X 10 6 m / s

4. ในการทดลองหาคาประจตอมวลของอเลกตรอนโดยใชหลอดตาแมว ไดจดคาความตางศกยระหวางแคโทด กบแอโนดรปกนกระทะเทากบ 180 V ถากระแสไฟฟาทผานขดลวดโซลนอยดทำาใหเกดสนามแมเหลก 5 X 10–3 T และทราบวาอเลกตรอนมประจ - 1.6 X 10 – 19 C และมมวล 9 X 10– 31 kg อตราเรวของ อเลกตรอนขณะวงถงแอโนดเปนเทาไร ก. 2 X 10 6 m / s ข. 4 X 10 6 m / s ค. 6 X 10 6 m / s ง. 8 X 10 6 m / s5. จากโจทยขอท 4. ขณะถงแอโนดอเลกตรอนจะวงดวยรศมความโคงเทาไร ก. 3 X 10- 3 m ข. 5 X 10- 3 m ค. 7 X 10- 3 m ง. 9 X 10- 3 m 6. ในการทดลองวดอตราสวนประจตอมวลของอเลกตรอนโดยวธของทอมสน โดยครงแรกใหรงสแคโทด เกดการเบยงเบนในสนามแมเหลก แตเมอใสสนามไฟฟาเขาไปเพอหกลางการเบยงเบนของรงสแคโทด กลบปรากฏวารงสแคโทดกลบเบยงเบนมากยงขนผทำาการทดลองควรจะทำาอยางไร ก. กลบทศทางของสนามไฟฟา ข. ลดความเขมของสนามไฟฟา ค. เพมความเขมของสนามไฟฟา ง. ลดความเขมของสนามแมเหลก7. ในการทดลองหลอดตาแมว พบวา ความเรวของอนภาครงสแคโทดมคาเทากบ 9 X 10 7 m / s เมอนำา ขดลวดโซลนอยดททำาใหเกดสนามแมเหลก 0.1 เทสลา ครอบลงบนหลอดตาแมว จงหาวารงสแคโทด จะวงเปนเสนโคงดวยรศมเทาไร (กำาหนด ของอนภาครงสแคโทดเทากบ 1.8 X 10 11 C/kg )


ก. 0.05 ซม. ข. 0.5 ซม. ค. 2.5 ซม. ง. 5.0 ซม.

8. ในการทดลองตามแบบของมลลแกน พบวาหยดนำามนหยดหนงลอยนงอยไดระหวางแผนโลหะ ขนาน สองแผน ซงหางกน 0.8 cm โดยมความตางศกยระหวางแผนเทากบ 12,000 V ถาหยดนำามนมประจ ไฟฟา 8 X 10 – 19 C จะมนำาหนกเทาไร

ก. 1.2 X 10 – 12 N ข. 2.2 X 10 – 12 N ค. 3.2 X 10 – 12 N ง. 4.2 X 10 – 12 N

9 ในการทดลองหยดนำามนของมลลแกน หยดนำามนมมวล 6.4 X 10 – 14 kg ลอยนงอยระหวางแผนโลหะ สองแผน ซงมความตางศกย 10,000 V อยหางกน 1 cm จำานวนอเลกตรอนซงแฝงอยในหยดนำามนม จำานวนเทาไร

ก. 4 ตว ข. 6 ตว ค. 8 ตว ง. 12 ตว

10. ในการทดลองเรองหยดนำามนของมลลแกน ถาใชความตางศกยไฟฟา 100 โวลต หยดนำามนมมวล 8 X 10 -16 kg ระยะหางระหวางแผนขวโลหะเทากบ 0.8 เซนตเมตร ทำาใหหยดนำามนอยนง หยด นำามนไดรบอเลกตรอนกตว ก. 1 ตว ข. 2 ตว ค. 4 ตว

ง. 8 ตว11. ในการทดลองเรองหยดนำามนของมลลแกน พบวาถาตองการใชโวลต หยดนำามนซงมมวล 4.8 X 10 -15 kg ลอยนงอยระหวางแผนโลหะ 2 แผน ซงวางขนานหางกน 1.0 เซนตเมตร ถาใชความตางศกยระหวางแผนโลหะ 300 โวลต ถาอเลกตรอนมประจ 1.6 X 10 -19 C และ ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลกเทากบ 10 m/s2 หยดนำามนนจะมอเลกตรอนเกาะอยกตว


ก. 1 ตว ข. 10 ตว ค. 100 ตวง. 1,000 ตว

12. ในการทดลองของมลลแกน เมอทำาใหหยดนำามนมวล 1.6 X 10 -14 kg ลอยหยดนงระหวางแผนโลหะ ขนานซงวางหางกน 1 ซม. โดยแผนบนมศกยไฟฟาสงกวาแผนลางเทากบ 392 โวลต ถาความเรง เนองจากแรงดงดดของโลกเทากบ 9.8 m/s2 และอเลกตรอนมประจ 1.6 X 10 -19 C จงคำานวณหาวา หยดนำามนนมอเลกตรอนอสระแฝงอยกตว ก. 25 ตว ข. 50 ตว ค. 250 ตว

ง. 500 ตว

13. หยดนำามนมมวล 1.92 x 10 -30 กโลกรม และมจำานวนอเลกตรอนอสระอยจำานวนหนงลอยนงอยระหวางแผน ตวนำาขนาดทมสนามไฟฟาความเขม 6 x 10 -14 นวตน/คลอมบ ทศแนวดง มอเลกตรอนอสระกตวอยบนหยด นำามนดงกลาว กำาหนดประจอเลกตรอนเปน -1.6 X 10 -19 คลอมบ ก. 250 ตว ข. 500 ตว ค. 1,000 ตว

ง. 2,000 ตว 14. ในการทดลองเรองหยดนำามนของมลลแกนนน พบวาเมอเพมคาความตางศกยจนถงคาสงสดของเครองมอ แลวไมสามารถทำาใหหยดนำามนหยดนงหรอเคลอนทในทศตรงขามกบเมอยงไมใหคาความตางศกยแสดงวา ก. หยดนำามนมประจชนดททำาใหแรงเนองจากสนามไฟฟามทศทางเดยวกบแรงโนมถวงของโลก

ข. สนามไฟฟามคานอยเกนไปค. หยดนำามนมมวลมากเกนไปง. ถกทกขอ

15. ในการทดลองหยดนำามนของมลลแกน ปรากฏวา เมอยงไมใสสนามไฟฟาเขาไป หยดนำามนจะตกลง


ดวยความเรวคงทคาหนง เมอใสสนามไฟฟาเขาไปเพอจะใหหยดนำามนลอยนงอยกบทกลบปรากฏวา หยดนำามนกลบตกลงดวยความเรวสงกวาเดม เหตผลตอไปนขอใดถกตอง

ก. หยดนำามนมประจลบ ข. ความเขมของสนามไฟฟาตำาเกนไป

ค. ความเขมของสนามไฟฟาสงเกนไป ง. ทศทางของสนามไฟฟาสลบกนกบทควรจะเปน

19.3 แบบจำาลองอะตอมของทอมสน ในป พ.ศ. 2447 ทอมสน เสนอวา อะตอมมรปรางเหมอนทรงกลม มประจบวกกระจายอยางสมำาเสมอทวอะตอม โดยอเลกตรอน(ประจลบ)คละอยดวย และมจำานวนเทากบประจบวก อะตอมเปนกลางทางไฟฟาอะตอมแผรงสแมเหลกไฟฟาเพราะอเลกตรอนสนแบบซมเปลฮารมอนกขอสงเกต ทแบบจำาลองอะตอมของทอมสนตอบไมได คอ

1. ทำาไมประจบวกรวมกนเปนเนออะตอมไดทงทประจบวกตองออกแรงผลกกน 2. ถาอเลกตรอนสนแบบซมเปลฮารมอนกจะใหสเปกตรมแบบตอเนองแตจากการทดลอง พบวา อะตอมใหสเปกตรมแบบเสน

รป 19.7 แบบจำาลองอะตอมของทอมสน

19.4 แบบจำาลองอะตอมของรทเทอรฟอรดรทเทอรฟอรด ทำาการทดลองยงรงสแอลฟา ใหทะลผานแผนทองคำา

เปลว แลววดการกระเจงของรงสแอลฟา พบวาอนภาครงสแอลฟาเกอบ


ทงหมดทะลผานแผนทองคำาเปลว โดยมการเบยงเบนนอยมากมอนภาคสวนนอยทเบนไปและเบนไปเปนมมไดถงขนาด 90 องศาหรอมากกวา 90 องศา

รป 19.8 เครองมอทไกเกอรและมารสเดนใชตรวจสอบแนวคดของ

รทเทอรฟอรด

สรปแบบจำาลองรทเทอรฟอรด 1. อะตอมเปนกลางทางไฟฟาโดยทมประจบวกอดแนนอยตรงกลาง

เรยกวานวเคลยส และมประจลบคออเลกตรอนวงอยรอบ ๆ นวเคลยสและหางจากนวเคลยสมาก

2. รทเทอรฟอรดคำานวณพบวาเสนผาศนยกลางของนวเคลยสมคาประมาณ 10-15– 10-14 เมตร แตอะตอมมเสนผาศนยกลางประมาณ 10-10 เมตร แสดงวาอะตอมมขนาดใหญกวานวเคลยสมาก

3. รทเทอรฟอรดทดลองยงอนภาคแอลฟาเขาไปตรง ๆ กบนวเคลยสของทองคำาพบวาเกดการสะทอนกลบเปนเสนตรงแสดงวาพลงงานจลนเทากบพลงงานศกยไฟฟา

EK = EP =

ปญหาทเกดกบแบบจำาลองอะตอมของรทเทอรฟอรด1. เหตใดอเลกตรอนวงวนรอบนวเคลยสไดโดยไมสญเสยพลงงาน2. เหตใดประจไฟฟาบวกหลายประจจงรวมกนอยภายในนวเคลยสไดทง

ทมแรงผลกระหวางประจ


แบบฝกหด 19.41. การทรทเธอรฟอรด ทำาการทดลองยงอนภาคแอลฟาไปยงแผนทองคำาบาง แลวพบวาโครงสรางของ อะตอมไมเปนไปตามแบบของทอมสน เนองจากรทเธอรฟอรด พบวา ก. อนภาคแอลฟาเบนไปจากแนวเดมทกทศทางเทา ๆ กน ข. อนภาคแอลฟาทงหมดวงทะลผานแผนทองคำาไปในแนวเกอบเปนเสนตรง ค. อนภาคแอลฟาบางสวนเบนไปจากแนวเดมเปนมมใด ๆ ทงทสวนใหญผานไปในแนวตรง ง. อนภาคแอลฟาเกอบทงหมดเบนไปจากแนวเดมเปนมมใด ๆ และบางทมการสะทอนกลบ2. อนภาคพลงงานจลนเทากนในขอใดทวงเขาใกลนวเคลยสของยเรเนยมแลวมโอกาสเบยงเบนไปจาก แนวเดมนอยทสด ก. โปรตอน ข. แอลฟา ค. อเลกตรอน ง. นวตรอน 3. ในการทดลองยงอนภาคแอลฟาผานแผนทองคำาบาง ๆ ของรทเธอรฟอรด ขอใดทแสดงวา นวเคลยส ของอะตอมมขนาดเลก และมประจบวกทงหมดรวมกนอย ก. จำานวนอนภาคทยอนกลบมมาก ข. อนภาคแอลฟาสวนใหญผานไปตรง ๆ ค. จำานวนอนภาคแอลฟาทเบนเปนมมโตมมาก ง. อนภาคแอลฟาบางตวเบนไปถง 90 องศา หรอมากกวา 4. ถายงอนภาคแอลฟาเขาไปในนวเคลยสของโลหะ ทางเดนของอนภาคแอลฟาทเปนไปไดคอ ก. ก และ ง เทานน ข. ข และ ค เทานน ค. ก , ค และ ง เทานน ง. ก , ข , ค และ ง 5. เมออนภาคแอลฟาวงตรงเขาสนวเคลยส อนภาคแอลฟานนจะหยดกตอเมออนภาคนน


ก. มพลงงานรวมเปนศนย ข. กระทบผวนวเคลยส ค. กระทบกบอเลกตรอนในชนใดชนหนง ง. มพลงงานศกยเทากบพลงงานจลนเดม6. รงสแอลฟาเคลอนทเฉยดนวเคลยสของทองคำา พลงงานจลนของรงสแอลฟา ณ ตำาแหนงทเขาใกลนวเคลยส ของทองคำามากทสดมคา ก. ศนย ข. มากทสด ค. เทาเดม ง. นอย

ทสด

19.5 การทดลองดานสเปกตรม 19.5.1 สเปกตรมจากอะตอมของแกส

เมอเราใชเกรตตงสองดแกสรอนในหลอดบรรจแกสชนดตางๆ เราจะพบเหนวาสเปกตรมของแกสรอนชนดตางๆ มลกษณะเปนเสนๆ ไมตอเนองกนแตเสนสวางจะมความยาวคลนเรยงกนเปนกลมอยางมระเบยบ เรยกวา อนกรม ( Series ) ดงรป

รป 19.9 ลกษณะสเปกตรมของแกสรอน

ความยาวคลนของสเปกตรมของแกสไฮโดรเจนรอนม 5 อนกรม โดยมชอเรยกตามนกวทยาศาสตรทคนพบสเปกตรมแตละเสนในอนกรมนน และสามารถคำานวณหาคาความยาวคลนของสเปกตรมแตละเสนในอนกรมตางๆ ไดโดยใชสมการ

เมอ คอความยาวคลนของสเปกตรม (m)RH คอคานจของรดเบอรก = 1.1 x 107 m-1

nf คอตวเลขจำานวนเตมทเทากบ 2


ni คอตวเลขจำานวนเตมเรมตงแต 3, 4, 5,....

ตารางท 19.1 แสดงอนกรมของสเปกตรมชดตางๆ ของไฮโดรเจน

ชออนกรมปทคน

พบสวนกลบของความยาวคลน nf

ni ชวงของรงส

ไลมาน (Lyman)

1906-1914

1 2, 3, 4,...

อลตราไวโอเลต ( UV )

บลเมอร (Balmer)

1885 2 3, 4, 5,...

แสงทตามองเหนถง UV

พาสเชน (Paschen)

1908 3 4, 5, 6,...

แบรกเกต (Bracket)

1922 4 5, 6, 7,...

อนฟราเรด ( IR )

ฟนด (Pfund)

1924 5 6, 7, 8,...

จากสมการของบลเมอร เมอเราแทนคา nf = 2ni = 3 จะได = 6,562.8 0A เปนความยาวคลนของ

แสงสแดงni = 4 จะได = 4,861.3 0A เปนความยาวคลนของ

แสงสนำาเงนni = 5 จะได = 4,340.5 0A เปนความยาวคลนของ

แสงสมวงni = 6 จะได = 4,101.7 0A เปนความยาวคลนของ

แสงสเหนอมวง

รป 19.10 สเปกตรมเสนสวางในอนกรมบลเมอรของอะตอมไฮโดรเจน

19.5.2 การแผรงสของวตถดำา


วตถทกชนดไมวาจะรอนหรอเยนจะมการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟาออกมา โดยทวไปเราเขาใจวาวตถรอนเทานนทจะแผรงสคลนแมเหลกไฟฟาออกมา เพราะเรามกจะพบคลนแสงแผออกมาจากวตถทรอน เชน แสงจากดวงอาทตย แสงจากการเผาถานไม หรอแสงจากไสหลอดทงสเตน เปนตน แตความเปนจรงแลววตถทเยนกมการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟาออกมาเชนกน เพยงแตความถของคลนอยในชวงของแสงนอยมาก สวนใหญจะอยในยานความถของคลนอนฟราเรด หากเรายนอยในหองมดรางกายเรามอณหภมประมาณ 310 เคลวน จะแผรงสของแสงมานอยไมสามารถทำาใหหองสวางไดเพราะคลนทแผออกมาโดยสวนใหญอยในยานอนฟราเรด เราเรยกวตถทมการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟานวาวตถดำา (Black Body )

ป ค.ศ. 1900 ฟลงกไดสรางภาพจำาลองในการแผรงสของวตถดำาโดยถอวาวตถดำาประกอบดวยอะตอมคมากมายและอะตอมทกคจะมการสนดวยความถธรรมชาต เชนเดยวกบการสนของมวลผกปลายสปรง จงทำาใหมการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟาอออกมา โดยพลงงานทแผออกมาจากวตถดำาแตละชนดจะขนอยกบแอมพลจดการสนของอะตอม จำานวนอะตอมในวตถ โดยมขนาดของพลงงานเปน E = hf, 2hf, 3hf, . .. .. ซงเราสามารถเขยนเปนสมการได E = n(hf) n คอเปนตวเลขจำานวนเตมบวก โดย n = 1,2, 3, . . . . f คอความถธรรมชาตการสนของอะตอมค ( Hz ) h คอคานจของแพลงค ( h = 6.63 10-34 J.s )

ดงนน ปรมาณ hf จงหมายถง 1 กอนพลงงานแสง ซงเรยกวา 1 ควอนตม หรอ 1 โฟตอน (1 เมดแสง)อเลกตรอนโวลต (eV) เปนหนวยวดพลงงานสำาหรบอนภาคขนาดเลก โดย 1 eV = 1.6 10 -19 จล

พลงงาน 1 eV. จะเปนพลงงานทไดจากการเรงอเลกตรอนผานความตางศกย 1 โวลต (เรงอเลกตรอน


ผานความตางศกย V โวลต จะทำาใหอเลกตรอนมพลงงานเปน V อเลกตรอน

โวลต)

แบบฝกหด 19.51. (ม.เชยงใหม)จากการวเคราะหสเปกตรมของธาตไฮโดรเจน พบวาชดความถของเสนสเปกตรมในชวงทสามารถ มองเหนไดดวยตาเปลานนมชอเรยกวา

ก. Lyman series ข. Balmer series ค. Paschen series ง. Brackett series

2. (เอนทรานซ) ในชวงระดบพลงงานตำาสดสามระดบแรกของอะตอมไฮโดรเจน คลนแมเหลกไฟฟาทควร พบจะอยในชดความถทเรยกวา ก. ชดไลมานและชดบาลมเมอร ข. ชดไลมานและชดพาเชน ค. ชดบาลมเมอรและชดพาเชน ง. ชดไลมาน ชดบาลมเมอร และชดพาเชน3. (เอนทรานซ) ความยาวคลนของเสนสเปกตมของไฮโดรเจนเสนแรก (ทมความยาวคลนมากทสด) ใน อนกรมบลเมอรคอ 656 โฟตอนทสามารถทำาใหอะตอมไฮโดรเจน จากสถานะพนแตกตวเปนอ ออนไดพอด ควรจะตองมความยาวคลนเทาใด ก. 151 ข. 121 ค. 91

ง. 71

4. (เอนทรานซ) อะตอมไฮโดรเจนเปลยนระดบพลงงานจาก n = 2 ไป n = 1 ความยาวคลนของแสงท ปลอยออกมาเปนกเทาของในกรณทเปลยนระดบพลงงานจาก n = 4 ถง n = 2 ก. เทา ข. เทา ค. 2 เทา ง. 4 เทา5. (เอนทรานซ) สเปกตมเสนสวางของอะตอมไฮโดรเจน เสนสวางลำาดบแรกทเราเหนชดเจนมความยาว


คลนมากทสดคอ 656 ในอนกรมบลเมอรเสนสวางลำาดบทสองจะมความยาวคลนเทาใด ก. 356 ข. 386 ค. 456

ง. 486 6. (เอนทรานซ) ในอนกรมบลเมอร สเปกตมเสนสวางของอะตอมไฮโดรเจนเสนแรกคอ 657 อยากทราบวา โฟตอนทจะทำาใหอเลกตรอนของอะตอมไฮโดรเจนจากสถานะ n = 2 หลดออกจาก อะตอมไดพอดมคาความยาวคลนเทาใด ก. 265 ข. 365 ค. 465

ง. 565

19.6 ทฤษฎอะตอมของโบร ก. อเลกตรอนมวงโคจรรอบนวเคลยสเปนชนๆ โดยในแตละวงโคจรจะ

ม

โมเมนตมเชงมม ; เมอ ข. เมออเลกตรอนเปลยนวงโคจรจะคายหรอดดพลงงาน เปน 1 ควอนตม

เมอ คอ พลงงานของอเลกตรอนในวงโคจรกอนเปลยนแปลง คอ พลงงานของอเลกตรอนในวงโคจรหลงเปลยนแปลง E คอ พลงงานทอเลกตรอนไดรบ ( E เปนลบ เปลยนวง

โคจรจากวงในไปวงนอก) พลงงานทอเลกตรอนปลอยออกมา ( E เปนบวก

เปลยนวงโคจรจากวงนอกไปวงใน)

จากทฤษฎของโบรทำาใหแสดงไดวา อะตอมไฮโดรเจน จะม

1. รศมอะตอม;


2. อตราเรวของอเลกตรอน ;

3. พลงงานของอะตอม ;

ระดบพลงงาน - 13.6 eV เปนระดบพลงงานของอเลกตรอนอะตอมไฮโดรเจนวงในสด เรยกวา สถานะพน (ground state) ถาอเลกตรอนอยในระดบพลงงานสงกวาสถานะพนหรอในวงโคจรท n 2 เรยกสภาวะนวา สถานะกระตน (excited state)

สถานะพน (ground state) คอ สถานะปกตของออะตอมซงจะมพลงงานระดบตำาสดคาหนง โดยปกตอเลกตรอนจะอยในระดบพลงงานตำาสดคานจนกวาจะไดรบพลงงานจากภายนอกมากพอจงจะขนไปอยในระดบพลงงานทสงกวา

สถานะกระตน (excited state) คอสภาพของอะตอมทมอเลกตรอนอยในระดบพลงงานสงกวาสถานะพน

อะตอมปกตอเลกตรอนจะมพลงงานอยใน สถานะพน (ground state) เมออเลกตรอนไดรบพลงงานจากภายนอกทเหมาะสมจะขนไปอยบนวงโคจรใหมตามระดบขนของพลงงาน เรยกวา สถานะกระตน (excited state) ทนท (อเลกตรอนจะปฏเสธการรบพลงงานทมปรมาณนอยหรอเกนกวาความเหมาะสมของขนพลงงาน) อเลกตรอนจะอยในสถานะกระตนไมไดและจะกระโดดกลบลงมาทสถานะพน โดยปลอยควอนตมของพลงงานออกมาทมความถและความยาวคลนแมเหลกไฟฟาตางๆ กน

สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน จะเกดจากการเปลยนวงโคจรของอเลกตรอน คำานวณไดจากความ สมพนธจากสตร

หรอใชสตร Δ E (หนวยเปน eV.) กบ λ (หนวยเปนนาโนเมตร) จากสตร

แบบฝกหด 19.6


1. (เอนทรานซ) เมออเลกตรอนของไฮโดรเจนเปลยนจากระดบพลงงาน n = 4 เปนระดบพลงงาน n = 2 จะ ใหแสงสนำาเงน ถาอเลกตรอนเปลยนระดบพลงงานจาก n = 5 เปนระดบพลงงาน n = 2 จะใหแสงสใด ก. มวง ข. เขยว ค. เหลอง ง. แดง2. (ม.สงขลา) ตามแบบจำาลองอะตอมของไฮโดรเจนตามทฤษฎอะตอมของโบว ถาอเลกตรอนของอะตอม เปลยนจากระดบพลงงาน n = 1 เปนระดบพลงงาน n = 2 ปรมาณใดจะมคาเพมขน 1. พลงงานของอะตอม 2. โมเมนตมเชงมมของอเลกตรอน 3. อตราเรวเชงเสนของอเลกตรอน 4. แรงไฟฟาระหวางนวเคลยสและอเลกตรอน ก. 1 และ 2 ข. 2 และ 3 ค. 3 และ 4

ง. 1 และ 3 3. (เอนทรานซ)ในแบบจำาลองอะตอมของไฮโดรเจนของโบว รศมวงโคจรของอเลกตรอนในสถานะ n = 4 เปนกเทาของรศมวงโคจรในสถานะ n = 1 ก. 4 เทา ข. 8 เทา ค. 16 เทา ง. 64 เทา4. (เอนทรานซ) อเลกตรอนตวหนงถกเรงดวยความตางศกย 13.2 โวลต เขาชนกบอะตอมของไฮโดรเจนท อยในสถานะพน การชนครงนจะสามารถทำาใหอะตอมไฮโดรเจนอยในระดบพลงงานสงสดในระดบ n เทาใด ( พลงงานงานสถานะพนของไฮโดรเจน = - 13.6 eV ) ก. 7 ข. 6 ค. 5 ง. 45. (เอนทรานซ) ตามทฤษฎอะตอมของโบว ระดบพลงงานของอะตอมไฮโดรเจนตำาสดเทากบ - 13.6 eV ถาอะตอมไฮโดรเจนถกกระตนไปอยทระดบพลงงานสงสดและกลบสสถานะพนทมพลงงานตำาสดโดย การปลอยโฟตอนออกมาดวยพลงงาน 10.20 eV แสดงวาอะตอมไฮโดรเจนถกกระตนไปทระดบ


พลงงานท n เทากบเทาใด ก. 2 ข. 4 ค. 8 ง. 166. (เอนทรานซ) พลงงานตำาสดของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจนคอ - 13.6 eV ถาอเลกตรอนเปลยน สถานะจาก n = 3 ไปสสถานะ n = 2 จะใหแสงทมพลงงานควอนตมมเทาใด ก. 1.51 eV ข. 1.89 eV ค. 3.40 eV

ง. 4.91 eV7. (เอนทรานซ) อะตอมไฮโดรเจน เมอเปลยนระดบพลงงานจากสถานะ n = 3 สสถานะพนจะใหโฟตอน มพลงงาน 19.34 x 10 -19 จล และเมอเปลยนสถานะจาก n = 2 สสถานะพนจะใหโฟตอนพลงงาน 16.33 x 10 -19 จล ถาตองการกระตนใหอะตอมไฮโดรเจนใหเปลยนระดบพลงงานจาก n = 2 ไปยง สถานะ n = 3 จะตองใชแสงความถเทาใด ก. 4.5 x 10 14 Hz ข. 5.4 x 10 14 Hz ค. 3.0 x 10 15 Hz ง. 5.4 x 10 15 Hz 8. (เอนทรานซ) ในการกระตนใหอะตอมของไฮโดรเจนทมระดบพลงงานตำาสด ( -13.6 eV ) ไปอยท ระดบพลงงาน n = 4 สเปกตมเสนทมความยาวคลนสนทสดจะมพลงงานเทาใด ก. 0.66 eV ข. 0.85 eV ค. 10.20 eV

ง. 12.75 eV9. (เอนทรานซ) อเลกตรอนอนภาคหนงมพลงงานจลนเทากบ 4 eV ถกจบไวดวยโมเลกลทเปนไอออน ถาอเลกตรอนหลงถกจบอยในระดบพลงงาน – 4 eV ในกระบวนการนจะมรงสความยาวคลนเทาใด ปลอยออกมา ก. 145 ข. 155 ค. 245 ง. 255


10. (เอนทรานซ) สเปกตมสนำาเงน ( ) จากหลอดปรอท มาจากระดบพลงงานสองระดบทม พลงงานตางกนเทาใด ก. 1.85 eV ข. 2.44 eV ค. 2.81 eV ง. 3.26 eV19.7 การทดลองของฟรงกและเฮรตซ 1. ฟรงกและเฮรตซไดทำาการทดลองเรองการชนกนของอะตอมตางๆ โดยใชประจอเลกตรอนกบอะตอมของ ปรอท 2. เมออเลกตรอนชนกบอะตอมของปรอทจะทำาใหเกดการถายเทพลงงานจากอเลกตรอนไปยงอะตอม และ พลงงานทอะตอมไดรบจะถายทอดตอไปยงอเลกตรอนในอะตอมอกตอหนง ถาพลงงานมากพอทจะทำาให เกดอเลกตรอนหลดออกมาเปนอสระแสดงวาเกดการ Ionization 3. จากการทดลองของฟรงกและเฮรตซ พบวา

3.1 ถาพลงงานจลนทอเลกตรอนตำากวา 4.9 eV (ความตางศกยทใชเรงอเลกตรอนตำากวา 4.9 eV ) การ

ชนระหวางอเลกตรอนและอะตอมของปรอทจะเปนการชนแบบยดหยน (elastic collision) คอ Ek กอนชน

เทากบ Ek หลงชนนนแสดงวา อเลกตรอนไมสามารถทำาใหอะตอมของปรอดเปลยนระดบพลงงานจาก

Ground State ได เพราะอะตอมของปรอทไมสามารถดดกลนพลงงานจลนทตำากวา 4.9 eV ได

3.2 เมอเพมพลงงานจลนของอเลกตรอนเปน 4.9 eV ทำาใหอะตอมของปรอทเปลยนระดบพลงงานจาก Ground State (E1) ไปยง Excited State (E2) ครงแรกสดของการกระตนได3.3 ถาเพมพลงงานจลนของอเลกตรอนขนไปอก กจะกระตนอะตอมของปรอทอะตอมทสอง และอะตอมทสามไดอกเรอยๆ แตทกอะตอมของปรอทยงคงตองการพลงงานจลน 4.9 eV เหมอนเดม3.4 ถาอะตอมของปรอททถกกระตนไปอยในระดบพลงงาน E2 และจะเปลยนระดบพลงงานเขาสระดบพลงงาน Ground State (E1) จะ


ตองปลดปลอยพลงงานออกมาในรปคลนแมเหลกไฟฟา ซ งเรยกวา Photon มพลงงานเทากบ 4.9 eV3.5 ฟรงกและเฮรตซ สรปการทดลองวา ในการชนระหวางอเลกตรอนกบอะตอมจะดดกลนพลงงานไดเพยงบางจ ำานวนเทานนซ งชใหเหนวาระดบพลงงานของอะตอมไมตอเนอง กนเปนไปตามทฤษฎของโบร คอ 4.9 , 6.7 , และ 10.4 eV ดงรป 19.11

รป 19.11 การรบพลงงานของอะตอมของปรอท

19.8 รงสเอกซ (X – ray) เรนตเกน (Wilhelm Konrad Roentgen ) นกฟสกสชาวเยอรมน ไดพบรงสเอกซ โดยบงเอญ ในป พ.ศ. 2438 (ค.ศ. 1895 ) ในขณะทกำาลงทดลองเกยวกบรงสแคโทด เรนทเกน คลมหลอดทดลองดวยกระดาษดำาในหองทดลองทมด ขณะทประจเคลอนทในหลอด เขาสงเกตเหนแสงเรองขนบรเวณโตะททำาการทดลอง แสดงวาจะตองมรงสบางชนดทมองไมเหนและสามารถทะลออกมาจากหลอดแคโทด ซงแสดงวามอำานาจทะลทะลวงสง รงสนเขาตงชอวา X – ray คณสมบตของรงสเอกซ 1. ไมเบยงเบนในสนามแมเหลกและสนามไฟฟา 2. เปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนสนมาก 3. มอำานาจทะลทะลวงสง 4. ทำาใหกาซแตกตวเปนไอออนได 5. ทำาใหสารเรองแสงเกดสารเรองแสงได 6. ทำาปฏกรยากบแผนฟลม 7. รงสเอกซมอนตรายและทำาลายเซลลของสงมชวตได 8. เมอรงสเอกซ กระทบบนแผนโลหะสามารถทำาใหเกดปรากฏการณโฟโตอเลกทรกได


การเกดรงสเอกซ การเกดรงสเอกซเกดจากอเลกตรอนวงเขาชนอะตอมของเปาทงสเตนแลวหยด จะปลดปลอยรงสเอกซท มพลงงานสงสด หรอเม ออเลกตรอนเคลอนทชาลงจะปลดปลอยพลงงานคาตางๆ เมออเลกตรอนวงชนอะตอมของเปาแลวหยด พลงจลนทงหมดของอเลกตรอนจะเปลยนเปนพลงงานคลนแมเหลกไฟฟาในรปของรงสเอกซ ดงนน

Ekmax = eV = hfmax

eV =

min = หรอ min =

เมอ min = ความยาวคลนของรงสเอกซ (m)h = คาคงตงของแพลงค = 6.6 10-34

J/se = ประจของอเลกตรอน = 1.6 10-19 CV = ความตางศกยทใชเรงประจ (V)c = ความเรวแสง = 3.0 108 m/s

แบบฝกหด 19.7 - 81. (เอนทรานซ) การทดลองของฟรงและเฮรตซ ใหผลสรปทสำาคญ ขอใด

ก. อเลกตรอนชนกบอะตอมแบบยดหยนเปนสวนใหญข. อเลกตรอนชนกบอะตอมแบบไมยดหยนค. อะตอมมระดบพลงงานเปนชน ๆง. กระแสไฟฟาผานกาชทความดนตำาได

2. (เอนทรานซ) ตามการทดลองของฟรงและเฮรตซ ขอสรปใด ไมจรง ก. อเลกตรอนทมพลงงานนอยกวา 4.9 eV จะมการชนแบบยดหยนกบอะตอมของไอปรอท ข. อเลกตรอนทมพลงงานมากกวา 4.9 eV จะสญเสยพลงงานสวนหนงใหกบอะตอมของไอปรอท


ค. อะตอมของไอปรอทมคาพลงงานระดบพนเทากบ 4.9 eV ง. อะตอมของไอปรอทมคาพลงงานเปนชน ๆ ไมตอเนอง3. (ม.เชยงใหม) เมอผานรงสเอกซเขาไปในสนามแมเหลก หรอสนามไฟฟาแลว รงสเอกซ ก. ไมมการเบยงเบนในทศทางใด ๆ ในสนามนน ๆ ข. เบยงเบนเขาหาขวบวกของสนามแมเหลกหรอสนามไฟฟานน ค. เบยงเบนเขาหาขวลบของสนามแมเหลกหรอสนามไฟฟานน ง. มการเคลอนทเปนรปคลนไซน 4. (ม.สงขลา) ขอความตอไปนขอใดถก 1. ลำารงสแคโทดคอลำาอนภาคอเลกตรอน 2. รงสเอกซตอเนองและรงสเอกซเฉพาะตวตางเปนคลนแมเหลกไฟฟา 3. ปรากฏการณโฟโตอเลกทรกแสดงคณสมบตแบบคลน ก. 1 และ 2 ข. 1 และ 3 ค. 2 และ 3

ง. 1 เทานน 5. (เอนทรานซ)หลอดรงสเอกซหลอดหนง มความตางศกยระหวางขวแอโนดและแคโทด 11,000 โวลต จงหาวารงสเอกซทผลตไดจะมความยาวคลนสนทสดเทาไร ก. 0.11 ข. 0.22 ค. 0.33

ง. 0.44 6. (ม.เชยงใหม) อเลกตรอนถกเรงในหลอดโทรทศนดวยความตางศกยประมาณ 10,000 โวลต เมอ อเลกตรอนกระทบจอโทรทศน คลนแมเหลกไฟฟาทแผจากจอโทรทศนมความยาวคลนไดสนสดคอ ก. 4.1x 10 -9 m ข. 1.2 x 10 -10 m ค. 8.0 x 10 -9 m ง. 2.4 x 10 -18 m7. (เอนทรานซ) เครองมอผลตรงสเอกซเครองหนงมความตางศกยระหวางแคโทดและเปนเปาเปน 18,000 โวลต ความยาวคลนทสนทสดของรงสเอกซทไดเทาไร ก. 4.9x 10 -11 m ข. 6.9 x 10 -11 m ค. 8.9 x 10 -11 m ง. 9.9 x 10 -11 m


19.9 ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก (Photoelectric effect) ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก คอ ปรากฏการณทฉายแสงทมความถสงตกกระทบผวโลหะแลวทำาใหเกดประจไฟฟาลบ(อเลกตรอน) หลดออกมาจากโลหะได อเลกตรอนทหลดออกมาเรยกวา โฟโตอเลกตรอน ผลการศกษาปรากฏการณโฟโตอเลกทรก สรปไดดงน 1. โฟโตอเลกตรอนจะเกดขน เมอแสงทตกกระทบโลหะมความถไมนอยกวาคาความถคงตวคาหนงเรยกวา คาความถขดเรม ( f0 ) 2. จำานวนโฟโตอเลกตรอนจะเพมขน เมอแสงทใชมความเขมแสงมากขน 3. พลงงานจลนสงสด Ek(max) ของอเลกตรอนไมขนกบความเขมแสง แตขนกบคาความถแสง 4. พลงงานจลนสงสดมคาเทากบความตางศกยหยดยง แสงมสมบตเปนกอนพลงงาน ( photon ) เมอกระทบกบผวโลหะจะถายโอนพลงงานใหกบอเลกตรอนของโลหะทงหมด hf พลงงานสวนหนง ( hf0 ) ทำาใหอเลกตรอนหลดจากผวโลหะได ซ งเทากบพลงงานยดเหนยวอเลกตรอนของโลหะ เรยกวา ( work function ) ใชสญลกษณ ( W ) และพลงงานทเหลอเปลยนเปนพลงงานจลนของอเลกตรอนซงเทากบพลงงานทใชหยดยงอเลกตรอนนน ( eVs ) ตามสตร

E = hf - W

โดยพลงงานของอเลกตรอนจะอยในรป E = หรออาจวด

ของความตางศกยหยดยง ( VS คอความตางศกยทใชหยดอเลกตรอนไดพอด ) ซงจะไดวา E = eVS (จล) = VS (eV.)

สมการของพลงงานโฟโตอเลกตรอนจงเขยนไดเปน Ekmax = eVS = hf - W eVS = hf - hf0

เมอ W = hf0

VS = f


- f0 VS = f

กราฟระหวาง VS กบ f จากสมการ VS = f จะได ความชนกราฟ = จดตดแกนนอน = f0 (ความถขดเรม) จดตดแกนตง = หมายเหต กรณตองการหาจำานวนของโฟตอนจะหาไดจาก

แบบฝกหด 19.91. (เอนทรานซ) จากการทดลองเพอศกษาปรากฏการณโฟโตอเลกทรก ขอสรปตอไปนขอใดถกตอง 1. พลงงานสงสดของอเลกตรอนขนอยกบความเขมของแสงเทานน 2. สำาหรบแสงทมความถสงกวาความถขดเรม จำานวนโฟโตอเลกตรอนจะเพมมากขนเปนปฏภาคกบความถทเพมขน 3. เนองจากแสงมสมบตเปนคลนเมอมความเขมสงกจะมพลงงานมาก ทำาใหโฟโตอเลกตรอนมพลงงานมากดวย 4. เมอแสงทตกกระทบโลหะมความถสงกวาความถขดเรมจะเกดโฟโตอเลกตรอนขน

ก. ขอ 1 และ 3 ข. ขอ 2 และ 4 ค. ขอ 4 เทานน ง. คำาตอบเปนอยางอน

2. (ม.เชยงใหม) จากการศกษาปรากฏการณโฟโตอเลกทรก สรปไดวา ก. เมอแสงมความถเทากบความถขดเรม ตกกระทบทผวโลหะ จะไมมอเลกตรอนหลดจากผวโลหะ ข. แสงทมความถคาเดยวตกกระทบผวโลหะตางชนดกน จะใหโฟโตอเลกตรอนทมพลงงานจลนสงสดเทากน


ค. เมอเพมความเขมแสงทตกกระทบผวโลหะ กระแสโฟโตอเลกตรอนจะมคาเพมขน ง. เมอเพมความเขมแสงทตกกระทบผวโลหะ จำานวนโฟโตอเลกตรอนจะเทาเดมแตมพลงงานสงขน3. (ม.ขอนแกน)เปนททราบกนแลววา อเลกตรอนในโลหะสามารถเคลอนทไดอยางอสระ และมกจะพบ เสมอวาอเลกตรอนจะเคลอนทอยตามบรเวณผวของโลหะ เหตทอเลกตรอนไมเคลอนทตอไปในอากาศ เพอหนออกจากโลหะเพราะ

ก. อากาศไมเปนตวนำาไฟฟา ข. อเลกตรอนมพลงงานนอยกวาพลงงานยดเหนยวของโลหะค. อากาศมแรงเสยดทานมาก ง. อเลกตรอนถกอะตอมของโลหะยดจบไว

4. (ม.เชยงใหม) พลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอนนน ก. ไมขนกบความเขมของแสงทมาตกกระทบ ข. ขนกบกำาลงหนงของความเขมของแสงทมาตกกระทบ ค. ขนกบกำาลงสองของความเขมของแสงทมาตกกระทบ ง. ขนกบรากทสองของความเขมของแสงทมาตกกระทบ5. (ม.เชยงใหม)กำาหนดใหฟงกชนงานของแทนทาลมและทองคำาเปน 4.2 eV และ 4.8 eV ตามลำาดบอยาก ทราบวาตองการฉายแสงทมความยาวคลน 270 nm ลงไปบนวตถใดจงจะเกดปรากฏการณโฟโตอเลกทรก ก. ไมเกดปรากฏการณโฟโตอเลกทรก ข. แทนทาลม ค. ทองคำา ง. แทนทาลมและทองคำา6. (เอนทรานซ) โลหะสามชนดประกอบดวย ซเซยม (Cs) แบเรยม (Ba) และแคลเซยม (Ca) มฟงกชนงาน เปน 1.8 , 2.5 และ 3.2 อเลกตรอนโวลตตามลำาดบ ถามแสงความยาวคลน 400 นาโนเมตร ตกกระทบ บนโลหะทงสาม โลหะชนดใดจะแสดงปรากฏการณโฟโตอเลกทรก


ก. Cs ข. Cs และ Ba ค. Cs , Ba และ Caง. ไมเกดเลย

7. จงหาคาความตางศกยทใชในการหยดโฟโตอเลกตรอนทมพลงงานจลนสงสดจากแผนโลหะแบเรยม เมอมแสงความยาวคลน 400 นาโนเมตร ตกกระทบ กำาหนดใหฟงกชนงานของแบเรยมเปน 2.5 อเลกตรอนโวลต และผลคณระหวางคาคงตวฟลงคกบความเรวแสงในสญญากาศ 1240 eV- nm ก. 0.6 โวลต ข. 2.5 โวลต ค. 3.1 โวลต

ง. 5.6 โวลต8. (เอนทรานซ) เมอฉายรงสอลตราไวโอเลตทมความยาวคลน 400 นาโนเมตร ไปทผวโลหะชนดหนงท มคาพลงงานยดเหนยว 1.8 eV โฟโตอเลกตรอนทหลดจากผวโลหะจะมพลงงานจลนเทาใด ก. 0 eV ข. 0.5 eV ค. 1.3 eV ง. 1.8 eV 9. (เอนทรานซ) โลหะชนดหนงมคาพลงงานยดเหนยวเทากบ 2.0 eV ถามแสงทมความยาวคลน 100 nm มากระทบ พลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอนทออกมาจะมคาเทาใด ก. 6.4 eV ข. 10.4 eV ค. 14.4 eV

ง. 18.4 eV 10. (เอนทรานซ) ในการทดลองเรองปรากฏการณโฟโตอเลกทรก ใชแสงความถ 7x 10 14 Hz ตกกระทบ ผวโลหะทมคาฟงกชนงานเทากบ 2.3 eV จงหาความตางศกยหยดยงของโฟโตอเลกตรอนน ก. 0.6 โวลต ข. 2.3 โวลต ค. 2.9 โวลต ง. 5.2 โวลต11. (เอนทรานซ) เมอใหแสงทมความยาวคลน 450 ตกกระทบผวโลหะชนดหนง ปรากฏวาตองใช ความตางศกยในการหยดยงโฟโตอเลกตรอนเทากบ 1.5 โวลต ถาตองการใหอเลกตรอนหลดออกจาก


ผวโลหะไดพอด ตองใชแสงทมความยาวคลนเทาใด ก. 330 ข. 660 ค. 990 ง. 1,220 12. (เอนทรานซ) กำาหนดใหฟงชนงานของโลหะชนดหนง 4.80 eV จะตองฉายแสงทมความยาวคลน เทาใดจงจะทำาใหอเลกตรอนหลดจากขวแคโทด ททำาจากโลหะดงกลาวแลวสามารถไปถงขวแอโนด ไดพอด เมอศกยไฟฟาทแอโนดตำากวาแคโทดเทากบ 1.80 โวลต ก. 125.50 ข. 156.50 ค. 167.50

ง. 187.50 13. (เอนทรานซ) ลวกแมกนเซยมมพลงงานยดเหนยวอเลกตรอน 3.79 eV ถกฉายดวยแสงอลตราไวโอเลต ซงมความยาวคลน 300 โฟโตอเลกตรอนทหลดออกมาจะมพลงงานจลนมากทสดเทาใด (กำาหนดให h = 6.64 x 10 -34 J.s ) ก. 0.29 eV ข. 0.36 eV ค. 0.48 eV

ง. 0.62 eV

19.10 ความไมสมบรณของทฤษฎอะตอมของโบว 1. ทฤษฎอะตอมของโบวสามารถอธบายถงการจดเรยงอเลกตรอนและสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนได แตไมสามารถอธบายการจดเรยงอเลกตรอนและสเปกตรมของอะตอมอนๆ ได 2. ทฤษฎอะตอมของโบวไมสามารถอธบายไดวาอเลกตรอนทโคจรรอบนวเคลยสดวยความเรง เพราะสาเหตใดไมแผคลนแมเหลกไฟฟาออกมา 3. ทฤษฎอะตอมของโบวไมสามารถอธบายไดวา เพราะสาเหตใดอะตอมทอยในสนามแมเหลกเสนสเปกตรมเสนหนงๆ แยกออกเปนหลายเสนไดดงรป


รป 19.12 สเปกตรมเสนเมออะตอมอยในสนามแมเหลก

19.11 ทวภาพของคลนและอนภาค (Ware-Particle dualify)1. เราทราบวาแสงแสดงคณสมบตเปนคลนเพราะ แสดงการเลยวเบน

และการแทรกสอด 2. จากปรากฎการณโฟโตอเลกทรก ไอนสไตนคดวา โฟตอนเปนอนภาค3. มลลแกนทดลองและสรปวา แสงเปนอนภาค4. เดอ บรอยล (de Broglie) ใหแนวคดวา ถาแสงแสดง“

คณสมบตคเปนไดทงอนภาคและคลนแลว สสารทงหลายแสดงคณสมบตของคลนไดเนองจากสสารประกอบดวยอนภาค”

19.11.1 ปรากฏการณคอมปตน คอมปตน ศกษาความสมพนธระหวางความเขมของรงสเอกซและขนาดของมมการกระเจงกบความยาวคลนกระเจงของรงสเอกซ จากการฉายรงสเอกซใหไปกระทบกบอเลกตรอนของแทงแกรไฟต พบวา ความยาวคลนรงสเอกซทกระเจงออกมาแปรผนกบมมทกระเจง แตไมขนกบความเขมของรงสเอกซทกระทบกบอเลกตรอน

รป 19.13 ปรากฏการณคอมปตน จากปรากฏการณอธบายโดยอาศยหลกแนวคดของไอนสไตนไดอยางเดยววาการชนระหวางรงสเอกซกบอเลกตรอนของแกรไฟตเปนการชนระหวางอนภาคกบอนภาค โดยเปนไปตามกฎการอนรกษพลงงานและกฎการอนรกษโมเมนตม ดงน


1. รงสเอกซทกระเจงออกมาโดยมความยาวคลนเทาเดม แสดงวาโฟตอนของรงสเอกซกบอเลกตรอนของแทงแกรไฟตชนกนแบบยดหยน

2. รงสเอกซทกระเจงออกมาโดยมความยาวคลนไมเทาเดม แสดงวา โฟตอนของรงสเอกซกบอเลกตรอนของแทงแกรไฟตชนกนแบบไมยดหยน19.11.2 สมมตฐานของเดอ บรอยล ในป ค. ศ. 1924 นกฟสกสชาวฝรงเศสชอหลยส เดอบรอยล (Louis de Broglie ) ไดใหความเหนวาแสงมคณสมบตเปนไดทงคลนแสงและอนภาค กลาวคอในกรณทแสงมการเลยวเบนและการสอดแทรก แสดงวาขณะนนแสงประพฤตตวเปนคลน สำาหรบกรณแสงในปรากฏการณโฟโตอเลกทรก แสดงวาแสงเปนอนภาค ฉะนนสสารทวไปทมคณสมบตเปนอนภาคกนาจะมคณสมบตทางดานคลนดวย เดอบรอยลไดพยายามหาความยาวคลนของคลนมวลสาร โดยทวไปเรมจากความยาวคลนของแสงกอน ดงตอไปน ถาแสงมความถ f จะใหพลงงานออกมาเปนอนภาคเรยกวาโฟตอนซงมขนาด E = hf = จากความสมพนธระหวางพลงงานกบมวลของไอนสไตน

E = mc2 และ E = hfเดอบรอยล หาความสมพนธระหวางโมเมนตมและความยาวคลนของ

แสงไดดงน

เมอ P คอ โมเมนตมของโฟตอน (N.s) คอ ความยาว

คลนของโฟตอน (m)

จะไดวา =

เมอ คอ ความยาวคลนของอนภาค (m) m คอ มวลของอนภาค (kg)

P คอ โมเมนตมของอนภาค (N.s) v คอ ความเรวของอนภาค (m/s)

ความยาวคลนของอนภาคหรอความยาวคลนสสารน เรยกวา ความยาวคลน เดอ บรอยล นนเอง


แบบฝกหด 19.111. (เอนทรานซ)รถยนตคนหนงมมวล 1,000 กโลกรม แลนดวยความเรว 72 กม./ชม.ถาคดวารถยนตคนน เปนคลนจะมความยาวคลนเดอรบรอยลเทาใด (กำาหนดคานจของพลงคเทากบ 6.6 x 10 -34 จล-วนาท) ก. 0.92 x 10 -38 m ข. 3.3 x 10 -38 m ค. 0.33 x 10 38 m ง. 1.1 x 10 38 m2. (เอนทรานซ) อเลกตรอนซงมมวลประมาณ 9 x 10 -31 kg เคลอนทดวยอตราเรว 3 x 10 6 m/s วสดใน ขอใดเหมาะสมทจะนำาไปใชในการทดลองเพอศกษาการเลยวเบนของอเลกตรอน

ก. ผลกซงมระยะหางระหวางระนาบประมาณ 10 -10 เมตรข. เกรตตงซงมระยะหางระหวางชองประมาณ 10 -6 เมตรค. แผนโลหะบางเจาะรใหมชองคหางกนประมาณ 10 -3 เมตรง. สลตเดยวทมความกวางของชองประมาณ 10 -2 เมตร

3. (เอนทรานซ) อเลกตรอนตวหนงจะตองเคลอนทดวยอตราเรวเทาใด จงจะมโมเมนตม เปนหนงในสบ ของโมเมนตมของโฟตอนของแสงความถ 4.5 x 10 14 เฮรตซ ( มวลอเลกตรอน = 9 x 10-31 kg) ก. 100 m/s ข. 110 m/s ค. 130 m/s

ง. 150 m/s 4. (เอนทรานซ) จงหาความยาวคลนของอเลกตรอน ซงเคลอนทดวยพลงงาน 5 อเลกตรอนโวลต ก. 0.55 ข. 0.85 ค. 0.95

ง. 1.10 5. (เอนทรานซ) ความยาวคลนของเดอบรอยลของอเลกตรอนเทากบ 0.10 นาโนเมตร พลงงานจลนของ อเลกตรอนมคาเทาไร ก. 2.4 x 10 -17 J ข. 4.8 x 10 -17 J ค. 2.0 x 10 -16 J ง. 1.0 x 10 -15 J


6. (เอนทรานซ) อนภาคมวล m มพลงงานจลนเพมขนเปน 4 เทาของพลงงานจลนเดม ความยาวคลน เดอบรอยลของอนภาคนในครงหลงจะเปนกเทาของความยาวคลนเดอบรอยลครงแรก ก. เทา ข. 2 เทา ค. 4 เทา ง. 8 เทา7. (เอนทรานซ) ไฮโดรเจนไอออน(H + ) และฮเลยมไอออน (He + ) ถกเรงดวยสนามไฟฟา 10 6 โวลต ไฮโดรเจนไอออนจะมความยาวคลนเดอบรอยลเปนกเทาของฮเลยมไอออน ก. เทา ข. เทา ค. 2 เทา ง. 4 เทา8. (เอนทรานซ) ถามวลของอนภาค A เปนครงหนงของมวลอนภาค B เมออนภาคทงสองมพลงงาน เทากน อนภาค A จะประพฤตตวเปนคลนทมความยาวคลนเปนกเทาของอนภาค B ก. เทา ข. เทา ค. เทา

ง. 2 เทา9. (เอนทรานซ) อนภาค A มมวลเปน เทาของอนภาค B ถาอนภาคทงสองมพลงงานจลนเทากน ความยาวคลนเดอบรอยลของอนภาค A เปนกเทาของอนภาค B ก. เทา ข. เทา ค. 2 เทา ง. 4 เทา

10. (เอนทรานซ) ปรากฏการณชนดใดทแสดงวาอนภาคแสดงสมบตของคลนได ก. ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก ข. ปรากฏการณคอมพตน ค. ปรากฏการณแทรกสอดของโฟตอน ง. ปรากฏการณเลยวเบนของอเลกตรอน


11. (เอนทรานซ) จากทฤษฎของ เดอ บรอยล เสนรอบวงของวงโคจรของอเลกตรอนรอบนวเคลยสมคา เปนเทาใด

ก. คานจของแพลงคหารดวยความยาวคลนของอเลกตรอนข. คานจของแพลงคคณดวยเลขจำานวนเตม หารดวย 2ค. ความยาวคลนของอเลกตรอนคณดวยเลขจำานวนเตมง. ความยาวคลนของอเลกตรอนหารดวยความเรวแสง

19.12 กลศาสตรควอนตม (Quantum Mechanics)1. Quantum Mechanics เปนวชาสำาหรบอธบายปรากฏการณ

ตางๆในระดบอนภาคทมขนาดเลก ๆ เทากบอะตอม เชน การเคลอนทของอเลกตรอน เพราะกฏของนวตนไมสามารถใหรายละเอยดได

2. Quantum Mechanics เปนศาสตรของ Matter Waves ทใหหลกสมบรณในการศกษาเรองอะตอมในปจจบน

3. Quantum Mechanics จะกลาวถงโอกาสทจะเปนไปได ในการทจะบอกวา อเลกตรอนอยทไหน หรอจะพบไดทไหน ทบรเวณหนง ๆ

4. ใ น ก า ร ค ด ค น ก ล ศ า ส ต ร ค ว อ น ต ม โ ซ ร ด ง เ จ อ ร (Evwin Schrodinger) นกฟสกสชาวออสเตรย ไดคดสมการของคลน โดยอาศยหลกการของ de Broglie โดยใชเทอมความยาวชวงคลนของ ( = ) ซงสมการนเรยกวา Schrodinger Equation สมการของโซรดงเจอร มความสำาคญในการอธบายการเคลอนทของอเลกตรอนในอะตอม โมเลกลและในผลก ไดอยางถกตองและสามารถพสจนไดวาระดบพลงงานของอเลกตรอนในอะตอม ไมตอเนองกน

19.12.1 หลกความไมแนนอนและโอกาสทจะเปนไปได (Uncertainty Principle)

1. ในการพจารณาอเลกตรอน ตามหลกทวภาพของคลนและอนภาคพบวา ถาอเลกตรอนเปนอนภาค เราคดถงอนภาคในลกษณะทมขนาดแนนอนและขนาดเลกมาก ถาคดวาอเลกตรอนเปนคลน ขนาดและตำาแหนงของคลนยอมกระจายอยในอาณาเขตอนหนง แตไมสามารถบอกไดชดวาอยทใด

2. ในการศกษา Quantum Mechanics ไฮเซนเบอรกไดตงหลก ความไมแนนอน กลาวคอ ตำาแหนงและโมเมนตมของอนภาคไมสามารถทจะ


บอกไดวาอนภาคอย ณ ทใดทหนง และมคาโมเมนตมทแนนอนเทาใด หลกการนปรากฏวาใชไดทงสสารและโฟตอน กลาวโดยสรปหลกความไมแนนอนของไฮเซนเบอรก เปนความไมแนนอนทางตำาแหนง และทางโมเมนตมของอนภาค เขยนเปนสตรได

. เมอ คอ ความไมแนนอนในการบอกตำาแหนง (m)

คอ ความไมแนนอนในการบอกโมเมตม (kg.m/s)

คอ = 1.05 x 10 -34 J.s19.12.2 โครงสรางอะตอมตามทฤษฎกลศาสตรควอนตม ตามหลกความไมแนนอน เราไมสารมารถระบไดวาอเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสอยในตำาแหนงใดไดแนนอน เราบอกไดเพยงแตโอกาสจะพบอเลกตรอน ณ ตำาแหนงตางๆ วาเปนเทาใดเทานน ดงนนโอกาสทจะพบอเลกตรอน ณ ตำาแหนงตางๆ วาเปนเทาใดเทานน ดงนนโอกาสทจะพบอเลกตรอนรอบนวเคลยสจงมลกษณะเปนกลมหมอกทรงกลมหอหมนวเคลยสในระดบชนพลงงานตางๆ ดงรป 19.14

รป 19.14 ภาพแสดงกลมหมอกของอะตอมไฮโดรเจนทระดบพลงงานตาง ๆ

แนวคดของกลศาสตรควอนตมทมโอกาสจะพบอเลกตรอนรอบนวเคลยสมลกษณะเปนกลมหมอก สามารถอธบายความไมสมบรณของทฤษฎของโบว ถงการแยกเสนสเปกตรมหนงเสนเปนหลายเสน เมออะตอมอยในสนามแมเหลกได จะเหนไดวาระดบพลงงานาของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจนในระดบตางๆ จะไดจากกลศาสตรควอนตมสอดคลองกบทฤษฎของโบว แตอะตอมใหญ ๆ ระดบพลงงานทไดจากทฤษฎทงสองตางกน แตผลทไดจากกลศาสตรควอนตมถกตองกวา

แบบฝกหด 19.12


1. (เอนทรานซ) หลกความไมแนนอนของไฮเซนเบอรก กลาววา ผลคณระหวางความไมแนนอนทางตำาแหนง กบความไมแนนอนทางโมเมนตม จะมคาอยางไร

ก. นอยกวาคานจของแพลงคหารดวย 2ข. เทากบคานจของแพลงคหารดวย 2ค. มากกวาคานจของแพลงคหารดวย 2ง. มากกวาหรอเทากบคานจของแพลงคหารดวย 2

2. นวเคลยสของอะตอมรศมประมาณ 10 -14 เมตร ถา e อยในนวเคลยสไดความไมแนนอนในการวดตำาแหนง ของอเลกตรอน x ไมควรมคาเกน 10 -14 เมตร จากหลกความไมแนนอนของไฮเซนเบอรก โมเมนตมของ e อยางนอยทสดมคาเทาใด ก. 1.05 x 10 -14 kg. m/s ข. 1.05 x 10 -16 kg. m/s ค. 1.05 x 10 -18 kg. m/s ง. 1.05 x 10 -20 kg. m/s3. ถามวล 0.001 กรม อยในเขต 0.01 มลลเมตร จงหาความไมแนนอนของความเรวของวตถน ก. 1.05 x 10 -18 m/s ข. 1.05 x 10 -20 m/s ค. 1.05 x 10 -23 m/s ง. 1.05 x 10 -25 m/s19.13 เลเซอร( LASER ) เลเซอร เปนแสงความเขมสงทมความถเดยวและเฟสเดยวกน หลกการทำางานของเลเซอร 1. ใหอะตอมของสารถกกระตนโดยพลงงานภายนอก เชน แสง ไฟฟา ใหพลงงานสงขนไปยงสถานะถกกระตนทไมเสถยร (3) 2. อเลกตรอนปลดปลอยพลงงานทนทในรปพลงงานแสงทไมเปนแสงอาพนธ แลวตกลงมาสสถานะถกกระตน (2) เรยกวาสถานะกงเสถยร (meta-stable state) 3. อเลกตรอนจากสถานะถกกระตน (2) ใชเวลาพอประมาณ กลบมาทสถานะ (1) พรอมกบปลดปลอยพลงงานในรปของแสงอาพนธ


กลไกในเครองเลเซอรประกอบดวยกระจกพเศษ 2 บาน (บานหนงสะทอน 100% อกบานหนงสะทอนไมถง 100% โดยใหแสงทะลผานไดบาง) ทำาการสะทอนแสงกลบไปมาในเครอง กระตนใหอะตอมอนทอยในสถานะ (2) ปลดปลอยแสงอาพนธออกมาเสรมกนในทศทางเดยวกนทมความเขมสง เรยกวา เลเซอร( LASER )

รป 19.15 สถานะทงสามทเกยวของกบการทำางานของเลเซอร

คลนเลเซอรทเกดขนจะมหลายชนดและหลายแบบ เชน คลนเลเซอรจากกาซผสมของฮเลยมกบนออนคลนเลเซอรจากอออนของกาซอารกอน คลนเลเซอรจากกาซคารบอนไดออกไซด เปนตน โดยทวไปคลนเลเซอรจะมกำาลงอยในชวงตงแต 10-3 - 106 วตต เราจงใชคลนเลเซอรเพอประโยชนในหลายๆดานดวยกน เชน ใชในดานดนตรไดแกแผนเลเซอรดสซ , ใชคลนเลเซอรในการเชอมโครงรถยนต ใชแสงเลเซอรในการวดระยะทางในงานสำารวจจะใหคาทมความแมนยำาสง ใชคลนเลเซอรในการสอสารทางโทรศพทระยะไกลๆ ใชคลนเลเซอรในการศกษาโครงสรางอะตอมของธาตตางๆ ในการแพทยใชแสงเลเซอรในการรกษาโรคกระดก ในการอดฟน และในการรกษาตาทำาใหคนสายตายาวและสายตาสนไมตองใสแวน

Documents

บทที่ 18 · Web viewก. อ เล กตรอนท ม พล งงานน อยกว า 4.9 eV จะม การชนแบบย ดหย นก บอะตอมของไอปรอท