Download as PDF, PPTX
![Ch13 mp2 atom&nucleus[2]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/ch13mp2atomnucleus2-100918021522-phpapp02-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
![Atom-model[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/atom-model1-110713221850-phpapp01-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
![Atom-model[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/atom-model1-110713220315-phpapp02-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
ฟิสิกส์อะตอม
- 1.
- 2.
- 3.
- 4. ดิโมคริตุส (Democritus) ดิโมคริตุส นักปราชญ์ชาวกรีกได้เสนอ แนวคิดเกี่ยวกับอะตอมไว้ว่า - สสารทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคที่เล็ก ที่สุด เรียกว่า อะตอม - อะตอมเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด ไม่สามารถ แบ่งแยกต่อไปได้อีก - คําว่า “อะตอม” มาจากภาษากรีกว่า atomos ซึ่งแปลว่าแบ่งแยกอีกไม่ได้
- 5. จอห์น ดอลตัน (JohnDalton) ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน 1. สสารประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด แบ่งแยกต่อ ไปอีกไม่ได้และไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทําลายให้สูญหายไป ได้โดยมีแรงซึ่งไม่ทราบแน่ชัดกระทําระหว่างอะตอมเพื่อยึด อะตอมเข้าด้วยกัน 2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีมวลและสมบัติเหมือนกันทุก ประการ ส่วนอะตอมของธาตุต่างชนิดกันจะมีลักษณะต่างกัน โดยอะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและนํ้าหนักเฉพาะตัว
- 6. จอห์น ดอลตัน (JohnDalton) (ต่อ) ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน 3. อะตอมของธาตุหนึ่งจะเปลี่ยนไปเป็นอะตอมของธาตุอื่นไม่ได้ 4. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปในสัดส่วนที่คงตัว โดยอะตอมจะจัดเรียงตัวกันใหม่ เกิดเป็นสารประกอบชนิดใหม่ขึ้นมา
- 8. เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน(Sir Joseph John Thomson) ทอมสัน นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้ศึกษาและทดลองเกี่ยวกับหลอดรังสี แคโทด ซึ่งเป็นหลอดแก้วสุญญากาศ (บรรจุแก๊สความดันตํ่า) ที่ ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าแคโทดและแอโนด เมื่อให้ความต่างศักย์สูงกับขั้ว ไฟฟ้าทั้งสองจะเกิดรังสีพุ่งออกจากขั้วแคโทด เรียกว่า รังสีแคโทด (Cathode ray)
- 9. เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน(Sir Joseph John Thomson)
- 10. เมื่อรังสีแคโทดไม่เกิดการเบี่ยงเบน แสดงว่าแรงไฟฟ้ามีค่าเท่ากับแรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้า = แรงแม่เหล็ก เมื่อq คือ ประจุของอนุภาคภายในรังสีแคโทด หน่วย C v คือ ความเร็วของอนุภาคภายในรังสีแคโทด หน่วย m/s E คือ สนามไฟฟ้า หน่วย N/C หรือ V/m B คือ สนามแม่เหล็ก หน่วย T V คือ ความต่างศักย์ระหว่างขั้วของสนามไฟฟ้า หน่วย V d คือ ระยะห่างระหว่างขั้วของสนามไฟฟ้า หน่วย m
- 11. เมื่อพิจารณาแรงจากสนามแม่เหล็ก ที่ทําให้อนุภาคมวล m เคลื่อนที่เป็นวงกลมด้วยรัศมีr เมื่อแทนค่า ; จะได้
- 12. สิ่งที่ทอมสันค้นพบ - อัตราส่วนประจุต่อมวลเท่ากับ 1.76x1011 C/kg -“อนุภาคลบในรังสีแคโทดต้องมีลักษณะเหมือนกัน และอะตอมทุก ชนิดย่อมจะมีอนุภาคที่มีประจุลบเป็นองค์ประกอบเหมือนกัน” เป็นการค้นพบอนุภาคที่มีประจุลบซึ่งเป็นองค์ประกอบของอะตอม การศึกษาต่อมา... - ในเวลาต่อมาอนุภาคลบ ถูกเรียกว่า “อิเล็กตรอน (Electron)” - เนื่องจากอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า แสดงว่าต้องมีประจุบวกใน จํานวนที่เท่ากับอิเล็กตรอน - ออยเกิน โกลด์ชไตน์(Eugen Goldstein) ได้ทดลองโดยใช้หลอด รังสีแคโทดที่แตกต่างจากทอมสันเล็กน้อย และได้ค้นพบอนุภาคที่ มีประจุบวก เรียกว่า โปรตอน (Proton)
- 14.
- 15. เมื่อหยดนํ้ามันที่มีประจุลบบางส่วนลอยนิ่งอยู่กับที่ แสดงว่า แรงไฟฟ้า =แรงโน้มถ่วง มิลลิแกนพบว่า ประจุบนหยดนํ้ามันมีค่าเป็นเลขจํานวนเต็ม คูณด้วย 1.60x10-19 C จึงสรุปว่าเป็นประจุของหยดนํ้ามัน เมื่อมีอิเล็กตรอน 1 ตัว นั่นคือ อิเล็กตรอนมีค่าประจุไฟฟ้า = 1.60x10-19 C
- 16. ดังนั้น มวลของอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับ 9.1x10-31 kg เมื่อประจุของอิเล็กตรอน1 ตัว มีค่า เท่ากับ 1.60x10-19 C และค่า ประจุต่อมวล เท่ากับ 1.76x1011 C/kg
- 19. ลอร์ดเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Lord ErnestRutherford) ศึกษาทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคแอลฟา โดยยิงอนุภาคแอลฟาซึ่งมี ประจุบวกไปที่แผ่นทองคําบาง ๆ และมีฉากเรืองแสงล้อมรอบแผ่นทองคํา
- 20. ผลการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด - อนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่จะวิ่งเป็นแนวเส้นตรงผ่านแผ่นทองคํา ไปกระทบฉากเรืองแสงที่อยู่ด้านหลัง - อนุภาคแอลฟาบางส่วนจะเกิดการกระเจิง -อนุภาคแอลฟาส่วนน้อยมากสะท้อนกลับมาบริเวณด้านหน้าของ แผ่นทองคํา
- 21. - อนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่ควรจะทะลุผ่านแผ่นทองคําหรือเบนจาก แนวเดิมเพียงเล็กน้อย - เนื่องจากอนุภาคแอลฟาจะเกิดแรงผลักกับโปรตอนและเกิด แรงดึงดูดกับอิเล็กตรอนที่กระจายอยู่ทั่วไปในอะตอมทําให้ แรงลัพธ์ที่กระทําต่ออนุภาคแอลฟามีค่าน้อย สิ่งที่ควรจะเป็นตามแบบจําลองอะตอมของทอมสัน
- 22. รัทเทอร์ฟอร์ดคิดว่า - อะตอมควรจะมีที่ว่างเป็นจํานวนมาก เนื่องจากอะตอมผ่านไปเป็น เส้นตรง -อนุภาคบางส่วนที่สะท้อนกลับ แสดงว่า ภายในอะตอมจะต้องมี อนุภาคบางอย่างที่มีมวลมากพอที่จะทําให้อนุภาคแอลฟาสะท้อน กลับได้ซึ่งน่าจะเป็นอนุภาคของโปรตอน
- 23. ต่อมารัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบว่ามีอนุภาคอีก 1 ชนิดที่มีมวลมากพอๆ กับ โปรตอนและอยู่รวมกับโปรตอนภายในนิวเคลียสของอะตอม ต่อมา เจมส์ แชดวิก ได้ค้นพบอนุภาคดังกล่าว เรียกว่า นิวตรอน (Neutron)
- 24.
- 25. ข้อบกพร่อง ของแบบจําลองอะตอมตามทัศนะ ของรัทเทอร์ฟอร์ด 1. ไม่สามารถอธิบายได้ว่าอิเลคตรอนโคจรอยู่รอบๆ นิวเคลียสได้ อย่างไรทั้ง ๆ ที่ถูกดูดโดยนิวเคลียส 2. อธิบายไม่ได้ว่า ทําไมการที่อิเลคตรอนโคจรรอบนิวเคลียสเป็นส่วนโค้ง ของวงกลม แสดงว่าอิเลคตรอน จะต้องมีความเร่งในทิศสู่ศูนย์กลาง ซึ่งตามทฤษฎีของแม็กเวลซ์ถ้าอิเลคตรอนเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจะ ปล่อย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาจากตัวเอง ทําให้พลังงานของ อิเลคตรอนลดลง และเมื่อพลังงานของอิเลคตรอนลดลง แสดงว่าวง โคจรของอิเลคตรอนจะต้องลดลงด้วย และตามหลักดังกล่าวจะทําให้ รัศมีวงโคจรของอิเลคตรอนลดลงเรื่อย ๆ ในที่สุด จะถูกดูดโดย นิวเคลียส
- 26. ข้อบกพร่อง ของแบบจําลองอะตอมตามทัศนะ ของรัทเทอร์ฟอร์ด (ต่อ) 3.ไม่สามารถอธิบายได้ว่าประจุบวกรวมตัวกันเป็นปริมาตรเล็ก ๆ อยู่ที่ แกนกลางของอะตอมได้อย่างไร ทั้ง ๆ ที่ประจุบวกมีแรงผลักทาง คูลอบ์มซึ่งกันและกัน 4. แบบจําลองไม่ได้อธิบายการจัดเรียงตัวของอิเลคตรอนในอะตอมว่า อิเลคตรอนมีการจัดเรียงตัวกันอย่างไร ในกรณีที่มีอิเลคตรอนหลาย ตัว
- 27. การแผ่รังสีของวัตถุดํา - วัตถุทุกชนิดถ้ามีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์องศาสัมบูรณ์จะแผ่รังสี คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาได้ทุกความถี่ - วัตถุที่ร้อนและมีอุณหภูมิสูงนอกจากจะแผ่รังสีแล้วยังสามารถดูดกลืน รังสีจากสิ่งแวดล้อมด้วย -อัตราการดูดกลืนและแผ่รังสีจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและชนิดของพื้นผิว - วัตถุต่างชนิดกันจะมีความสามารถในการแผ่รังสีและดูดกลืนรังสี ต่างกัน - วัตถุที่แผ่รังสีและดูดกลืนรังสีได้อย่างสมบูรณ์เรียกว่า วัตถุดํา (Black body) - วัตถุดําจะดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกความถี่ที่ตกกระทบโดยไม่ สะท้อนออกมา
- 28. การแผ่รังสีของวัตถุดํา (ต่อ) วิดีโอ การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของวัตถุดํา วิดีโอBlack Body Radiation
- 29.
- 30. กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์ (Stefan-Boltzmann law) การแผ่พลังงานของวัตถุดําจะมีค่าเฉพาะตัวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและชนิด ของวัตถุโดยอัตราการถ่ายโอนพลังงานของรังสีที่แผ่ออกมาจากวัตถุดํา เป็นไปตาม กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์
- 31. สมมติฐานของพลังค์ (Planck’s hypothesis) มักซ์พลังค์ ได้อธิบายการแผ่รังสีของวัตถุดํา โดยเสนอ สมมติฐาน ของพลังค์ ที่มีใจความว่า “พลังงานที่วัตถุดําดูดกลืนเข้าไปหรือปลดปล่อย ออกมา มีค่าได้เฉพาะบางค่าเท่านั้น ซึ่งจะเป็นจํานวนเท่าของค่า hf ”
- 32. สมมติฐานของพลังค์ (Planck’s hypothesis)(ต่อ) ค่าพลังงาน hf เรียกว่า ควอนตัมของพลังงาน (Quantum of energy) ดังนั้น พลังงาน 1 ควอนตัม เท่ากับ hf
- 33. โฟตอน (Photon) จากสมมติฐานของพลังค์ทําให้ไอน์สไตน์ตั้งทฤษฎีโฟตอนขึ้น โดยกล่าว ว่าแสงประกอบด้วยกลุ่มก้อนพลังงาน เรียกว่า โฟตอน (Photon) แต่ละ โฟตอนจะมีพลังงานเท่ากับ hf
- 35. สเปกตรัมของอะตอม (Atomic spectrum) เมื่อให้พลังงานกับอะตอมของธาตุในสถานะแก๊สจะทําให้ อะตอมอยู่ในสถานะกระตุ้น เมื่ออะตอมกลับสู่สถานะพื้นจะคาย พลังงานออกมาในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นและ ความถี่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นสมบัติเฉพาะของอะตอมแต่ละธาตุ เรียกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมานี้ว่า “สเปกตรัมของอะตอม”
- 36.
- 37.
- 39. สเปกโทรสโกป (Spectroscope) สเปกโทรสโกป คืออุปกรณ์ที่ใช้แยกแสงออกเป็นช่วงคลื่นที่ชัดเจน
- 40.
- 41. อนุกรมสเปกตรัมของไฮโดรเจน เมื่อ λ คือความยาวคลื่นของสเปกตรัม หน่วย m RH คือค่าคงตัวของริดเบิร์ก เท่ากับ 1.097 x 107 m-1 nf คือ ระดับชั้นพลังงานหลังเกิดการเปลี่ยนแปลง ni คือ ระดับชั้นพลังงานก่อนเกิดการเปลี่ยนแปลง
- 45.
- 47.
- 48. สมมติฐานแบบจําลองอะตอมของโบร์ 1. อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียส โดยมีแรงดึงดูด ระหว่างประจุหรือแรงคูลอมบ์เป็นแรงเข้าสู่ศูนย์กลาง 2.อิเล็กตรอนจะโคจรอยู่ในวงโคจรพิเศษที่ไม่แผ่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาหรือไม่มีการสูญเสียพลังงาน 3. เมื่ออิเล็กตรอนมีการเปลี่ยนวงโคจรจากระดับพลังงานสูงกว่าไป สู่วงโคจรใหม่ที่มีระดับพลังงานตํ่ากว่าจะปลดปล่อยพลังงาน ∆E ออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่ง ∆E = hf ในทางกลับ กัน เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงาน ∆E จะเปลี่ยนวงโคจรจาก ระดับพลังงานตํ่ากว่าไปสู่วงโคจรที่มีระดับพลังงานสูงกว่า
- 49. สมมติฐานแบบจําลองอะตอมของโบร์ (ต่อ) 4. วงโคจรที่เป็นไปได้ของอิเล็กตรอนคือ วงโคจรที่อิเล็กตรอน มีโมเมนตัมเชิงมุม (Angular momentum : L) คงตัว เท่ากับ nħ หรือเขียนแทนด้วยสมการ ; h = 6.626x10-34 J.s
- 50. รัศมีของโบร์ -------- (1) แทนค่า v(n) ในสมการที่(1) -------- (2)
- 51.
- 52.
- 53. ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน (ต่อ) สมการที่ 6เป็นสมการของพลังงานรวมของอิเล็กตรอนในขณะโคจร ในชั้นที่ n ใด ๆ เมื่อแทนค่าคงตัวต่าง ๆ และแทนค่า n 1 จะได้ -------- (6)
- 54.
- 55. ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน (ต่อ) ค่าพลังงานของอิเล็กตรอน เมื่อ n= 1 เป็นพลังงานในระดับ ตํ่าสุดของอะตอม ถ้าต้องการให้ อิเล็กตรอนในระดับพลังงานตํ่า สุดหลุดออกจากอะตอม จะต้อง ใช้พลังงานอย่างน้อย 13.6 eV เรียกพลังงานนี้ว่า พลังงานไอออไนซ์ (Ionization energy)
- 56. การหาพลังงานเมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับชั้นพลังงาน ΔE = Ef -Ei เมื่อ ΔE คือ พลังงานที่เปลี่ยนแปลง หน่วย J หรือ eV + แสดงว่า รับพลังงาน - แสดงว่า คายพลังงาน Ef คือ พลังงานหลังเกิดการเปลี่ยนระดับชั้น หน่วย J หรือ eV Ei คือ พลังงานก่อนเกิดการเปลี่ยนระดับชั้น หน่วย J หรือ eV
- 57. ข้อบกพร่อง ของแบบจําลองอะตอมของโบร์ - อธิบายได้ดีแค่โครงสร้างอะตอมขนาดเล็ก -ไม่สามารถอธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากกว่า 1 ตัวได้
- 62. การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ ศึกษาการรับพลังงานของไอปรอทจากอิเล็กตรอนที่ถูกเร่ง พบว่า 1. Ek ของอิเล็กตรอน< 4.9 eV ไม่มีการถ่ายโอนพลังงานให้ อะตอมของปรอท 2. Ek ของอิเล็กตรอน = 4.9 eV มีการถ่ายโอนพลังงานให้ อะตอมของปรอท 3. Ek ของอิเล็กตรอน > 4.9 eV ก็ถ่ายโอนพลังงานให้อะตอม ของปรอทแค่ 4.9 eV เท่านั้น
- 63. การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ (ต่อ) ฟรังก์และเฮิรตซ์ จึงสรุปว่า -พลังงานของอะตอมปรอทมีค่าไม่ต่อเนื่องกัน - การที่ไม่รับพลังงานตํ่ากว่า 4.9 eV แสดงว่า 4.9 eV เป็นระดับ พลังงานน้อยที่สุด ซึ่งเมื่ออะตอมปรอทได้รับแล้วจะขึ้นไปอยู่ใน ระดับพลังงานที่สูงขึ้นถัดไป - เมื่ออะตอมปรอทลดระดับพลังงานลงมายังระดับพลังงานตํ่าสุดจะ คายพลังงานออกมาเท่ากับ 4.9 eV ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - คลื่นที่เปล่งออกมามีความยาวคลื่น 253.5 nm ซึ่งคํานวณพบว่า แสงนี้มีพลังงาน 4.9 eV พอดี ซึ่งสนับสนุนความคิดของโบร์ที่ว่า พลังงานของอะตอมมีค่าไม่ต่อเนื่อง
- 64.
- 65. รังสีเอกซ์ (X-rays) ใน พ.ศ.2438 วิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน(Wilhelm Konrad Roentgen) นักฟิสิกส์ ชาวเยอรมัน ได้ค้นพบรังสี เอกซ์โดยบังเอิญขณะที่กําลัง ทดลองเกี่ยวกับรังสีแคโทด การศึกษาต่อมาพบว่า รังสีเอกซ์สามารถทะลุผ่านวัตถุที่ไม่หนา จนเกินไป เช่น กระดาษ ไม้ เนื้อเยื่อของคนและสัตว์ โดยรังสี เอกซ์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก Wilhelm Konrad Roentgen
- 66. รังสีเอกซ์ (X-rays) (ต่อ) การสร้างรังสีเอกซ์จะใช้หลอดแก้วสุญญากาศที่มีขั้วไฟฟ้าที่ทําจาก ทังสเตนต่ออยู่กับแหล่งจ่ายไฟฟ้าความต่างศักย์สูงขั้วไฟฟ้าจะถูกทําให้ ร้อนและเร่งอิเล็กตรอนให้พุ่งเข้าชนเป้าโลหะที่ทําจากทองแดง
- 67. 1. รังสีเอกซ์แบบสเปกตรัมต่อเนื่อง (Continuous spectrumx-rays) เกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ เข้าใกล้นิวเคลียสของอะตอมเป้า โลหะ แรงทางไฟฟ้าจากนิวเคลียส จะทําให้อิเล็กตรอนมีความเร็ว เปลี่ยนไป อิเล็กตรอนจะสูญเสีย พลังงานจลน์และปลดปล่อย พลังงานออกมาในรูปรังสีเอกซ์ โดยความยาวคลื่นของรังสี เอกซ์จากกระบวนการนี้มีค่าต่อ เนื่อง จึงเรียกว่า รังสีเอกซ์ต่อเนื่อง
- 68. 1. รังสีเอกซ์แบบสเปกตรัมต่อเนื่อง (Continuous spectrumx-rays) (ต่อ) ถ้าพลังงานจลน์ทั้งหมดของอิเล็กตรอนเปลี่ยนเป็นพลังงาน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปของรังสีเอกซ์จะมีสมการดังนี้
- 69. 2. รังสีเอกซ์แบบสเปกตรัมลักษณะเฉพาะ (Characteristic spectrumx-rays) เกิดจากอิเล็กตรอนไปชนกับ อิเล็กตรอนในวงโคจรชั้นในของ อะตอมที่เป็นเป้า จนอิเล็กตรอนนั้น หลุดออกมา อิเล็กตรอนในวงโคจร ชั้นถัดมาที่มีระดับพลังงานสูงกว่าจึง เข้าไปแทนที่พร้อมปล่อยพลังงาน ออกมาในรูปรังสีเอกซ์ที่มีค่าเฉพาะ ซึ่งเป็นการยืนยันความถูกต้องของ ทฤษฎีอะตอมของโบร์ที่ว่า อะตอมมี ระดับพลังงานเป็นชั้น ๆ ไม่ต่อเนื่อง
- 73. ข้อสอบแนว O-Net ถ้าอิเล็กตรอนถูกเร่งจากเป้าโลหะทองแดงไปชนเป้าโลหะทังสเตน ด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้า 20,000โวลต์ ความยาวคลื่นตํ่าที่สุดของ รังสีเอกซ์ที่สามารถเกิดขึ้นได้จะมีค่าเท่าไร 1. 0.062 nm 2. 3.87 nm 3. 6.2 nm 4. 38.7 nm 5. 62 nm
- 74.
- 75. ทวิภาวะของคลื่นและอนุภาค (Duality of particleand wave) สิ่งที่สามารถแสดงสมบัติได้ทั้งคลื่นและอนุภาค
- 76. คลื่น (Wave) - เป็นการส่งผ่านพลังงานรูปหนึ่งเกิดจากการรบกวนที่ทําให้ เกิดการเคลื่อนที่และแผ่กระจาย -คลื่นมีความยาวคลื่น ความถี่ และแอมพลิจูด - สมบัติเฉพาะของคลื่น คือ การแทรกสอด และการเลี้ยวเบน
- 77. Wave on astring.
- 78.
- 79. อนุภาค (Particle) - สิ่งที่มีมวลและมีตําแหน่งที่อยู่ -มีการส่งผ่านพลังงานไปพร้อมกับการเคลื่อนที่ - สมบัติเฉพาะของอนุภาค คือ โมเมนตัม(ความสามารถในการ เคลื่อนที่ของวัตถุ)
- 80. ข้อแตกต่างที่สําคัญระหว่าง คลื่น และอนุภาค คือ ลักษณะการส่งผ่านพลังงาน - สําหรับอนุภาค อนุภาคจะเป็นตัวนําพาพลังงานไปถึงจุดหมาย ด้วยตนเอง - สําหรับคลื่น ตัวกลางจะไม่ได้เคลื่อนที่ตามไปด้วย
- 81. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect) ปรากฏการณ์ที่เมื่อแสงตกกระทบผิวโลหะจะทําให้อิเล็กตรอนหลุดออก จากผิวโลหะได้เรียกอิเล็กตรอนที่หลุดออกมานี้ว่า โฟโตอิเล็กตรอน (Photoelectron) ถูกค้นพบโดย ไฮน์ริช รูดอล์ฟ แฮทซ์ (Heinrich Rudolf Hertz) เมื่อ พ.ศ. 2430 แต่แฮทซ์ไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ นี้ได้
- 82. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)(ต่อ) แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ได้อธิบายปรากฏการณ์นี้ โดยอาศัยสมมติฐานของพลังค์โดยมองแสงเป็นก้อนพลังงานหรือ อนุภาคโฟตอน (Photon) เมื่อตกกระทบผิวโลหะจะทําให้อิเล็กตรอน หลุดออกจากผิวโลหะ
- 83. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)(ต่อ) 1. โฟโตอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นเมื่อแสงที่ตกกระทบโลหะมีความถี่อย่างน้อย เท่ากับ ความถี่ขีดเริ่ม (Threshold frequency) ความถี่ขีดเริ่ม : ความถี่ของแสงที่น้อยที่สุดที่จะทําให้อิเล็กตรอนหลุดออกมา 2. จํานวนโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มมากขึ้น เมื่อแสงมีความเข้มมากขึ้น
- 84. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)(ต่อ) 3. พลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนไม่ขึ้นกับความเข้มแสงแต่ขึ้นกับ ความถี่ของแสง 4. การที่อิเล็กตรอนจะหลุดจากผิวโลหะได้จะต้องเอาชนะพลังงาน ยึดเหนี่ยวของอะตอม พลังงานนี้ เรียกว่า ฟังก์ชันงาน (Work function : W)
- 85. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)(ต่อ) เมื่ออิเล็กตรอนถูกหยุดด้วย ศักย์หยุดยั้ง (Stopping potential : Vs ) แสดงว่า อิเล็กตรอนนั้นมีพลังงานจลน์สูงสุด เมื่อ e คือ ประจุของอิเล็กตรอน เท่ากับ 1.60 x 10-19 C
- 86. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)(ต่อ) หรือ พลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอน หรือ พลังงานสูงสุดของ อิเล็กตรอน จะหาได้จาก - เมื่อใช้แสงที่มีความถี่มาก ค่าศักย์หยุดยั้งจะมีค่ามาก - เมื่อใช้แสงที่มีความถี่เท่ากันแต่ความเข้มต่างกัน ค่าศักย์หยุดยั้ง ที่ใช้จะมีค่าเท่ากัน * ค่าศักย์หยุดยั้ง จะขึ้นกับ ความถี่ แต่ไม่ขึ้นกับ ความเข้มแสง
- 87. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)(ต่อ) กราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่าศักย์หยุดยั้งกับความถี่ของแสง
- 88. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)(ต่อ) จากกราฟ เมื่อเทียบสมการ กับ สมการเส้นตรง y = mx + c แสดงว่า ความชันกราฟ เท่ากับ จุดตัดแกนตั้ง เท่ากับ เนื่องจาก อิเล็กตรอนจะเริ่มหลุด เมื่อความถี่มีค่าเท่ากับความถี่ขีดเริ่ม แสดงว่า จุดตัดแกนนอน เท่ากับ
- 89. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)(ต่อ) โดย ฟังก์ชันงานจะมีค่าเท่ากับพลังงานน้อยที่สุดที่ทําให้อิเล็กตรอน หลุดออกมา จะได้ จาก พลังงานสูงสุดของอิเล็กตรอน คือ E = hf - W จะได้ เมื่อ f คือ ความถี่ของแสงที่กระทบโลหะ หน่วย Hz f0 คือ ความถี่ขีดเริ่ม หรือ ความถี่น้อยที่สุดของแสง ที่ทําให้อิเล็กตรอนหลุดจากโลหะ หน่วย Hz
- 95. สมมติฐานของเดอบรอยล์ ได้เสนอแนวคิดว่า “ถ้าคลื่นแสดง สมบัติเป็นอนุภาคได้ สิ่งที่เป็นอนุภาค ก็ควรแสดงสมบัติเป็นคลื่นได้เช่นกัน” ตัวอย่างของสารที่แสดงสมบัติเป็นคลื่นที่มีระดับพลังงานเป็นช่วงๆ (Quantized energy level) นั่นคือ การสั่นของเชือกที่ปลายทั้งสองข้าง ไม่เคลื่อนที่ เชือกจะสั่นด้วยความถี่บางค่าเท่านั้น และการสั่นแบบนี้ อยู่ในลักษณะของ คลื่นนิ่ง (Standing wave) หลุยส์ วิกเตอร์ เดอบรอยล์ (Louis Victor de Broglie)
- 96. สมมติฐานของเดอบรอยล์ (ต่อ) เดอบรอยล์ได้นําแนวคิดนี้ไป อธิบายทฤษฎีอะตอมของโบร์ที่ กล่าวถึงการโคจรของอิเล็กตรอน โดยไม่มีการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ออกมา เนื่องจากอิเล็กตรอนแสดง ตัวเป็นคลื่นนิ่งโดยมีความยาวของ เส้นรอบวงเป็นจํานวนเต็มเท่าของ ความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน
- 97. การคํานวณความยาวคลื่นโฟตอนของเดอบรอยล์ ถ้าโฟตอนมีความถี่ f จะมีพลังงานดังสมการ จากทฤษฎีสัมพันธภาพของไอน์สไตน์ถ้ามวล m เปลี่ยนไปเป็นพลังงาน จะมีค่าดังสมการ จะได้ เมื่อ mc คือ โมเมนตัมของโฟตอนซึ่งมีค่าเท่ากับ p จะได้
- 98. สําหรับอนุภาคที่มีมวล m เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วv ความยาวคลื่นของอนุภาคที่ประพฤติตัวเป็นคลื่น เรียกว่า ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ (De Broglie wavelength)
- 99. การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน การทดลองของ เดวิสสัน และเกอร์เมอร์ - ยิงลําอิเล็กตรอนผ่านผลึกที่มีอะตอมเรียงกันอย่างเป็นระเบียบ - ลําอิเล็กตรอนเกิดการเลี้ยวเบนขึ้น ซึ่งแสดงว่าอิเล็กตรอนสามารถ แสดงสมบัติเป็นคลื่นได้
- 102. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Electron microscope) แมกซ์นอลล์(Max Knoll) และเอินสท์รุสกา (Ernst Ruska) - เป็นผู้สร้าง กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน - โดยการควบคุมความเร็วของอิเล็กตรอนให้มีค่าสูง ๆ จากการใช้ สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเป็นตัวควบคุม - ทําให้ความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนน้อยกว่าแสง เมื่อคลื่น อิเล็กตรอนไปกระทบอนุภาคที่มีขนาดเล็กมาก ๆ จะสะท้อนได้ดี กว่าคลื่นแสง - กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถศึกษารายละเอียดของ โครงสร้างขนาดเล็กได้ละเอียดถึงระดับนาโนเมตร
- 103. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Electron microscope) 1.ตัวกล้อง เป็นท่อกลวงต่อระบบดูดอากาศ เพื่อให้เป็นท่อสุญญากาศ 2. แหล่งกําเนิดอิเล็กตรอน ได้จากการเผา ขั้วแคโทดให้ร้อน อิเล็กตรอนจะหลุดและ ถูกเร่งด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้าสูง ทําให้ อิเล็กตรอนมีพลังงานสูง 3. เลนส์แม่เหล็ก เป็นสนามแม่เหล็กที่อยู่ ภายในกล้อง ทําหน้าที่บังคับอิเล็กตรอน ให้ผ่านหรือกวาดไปบนผิวของวัตถุ ตัวอย่างที่ต้องการศึกษา
- 104. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (Transmission electron microscope: TEM) - ใช้ศึกษาหรือตรวจสอบโครงสร้าง ภายในผิวของวัตถุตัวอย่าง - วัตถุตัวอย่างมีความหนาประมาณ 60 ถึง 90 นาโนเมตร - มีเลนส์แม่เหล็ก (Condensing lens) รวบรวมลําอิเล็กตรอนให้ ผ่านวัตถุตัวอย่าง และส่งต่อไปยัง เลนส์แม่เหล็กชุดถัดไป (Projection lens) ซึ่งทําหน้าที่ ขยายแล้วฉายลําอิเล็กตรอนบน ฉากหรือฟิล์มเพื่อบันทึกภาพ
- 105. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (Transmission electron microscope: TEM) - ใช้ศึกษาหรือตรวจสอบโครงสร้าง ภายในผิวของวัตถุตัวอย่าง - วัตถุตัวอย่างมีความหนาประมาณ 60 ถึง 90 นาโนเมตร - มีเลนส์แม่เหล็ก (Condensing lens) รวบรวมลําอิเล็กตรอนให้ ผ่านวัตถุตัวอย่าง และส่งต่อไปยัง เลนส์แม่เหล็กชุดถัดไป (Projection lens) ซึ่งทําหน้าที่ ขยายแล้วฉายลําอิเล็กตรอนบน ฉากหรือฟิล์มเพื่อบันทึกภาพ
- 106.
- 107. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning electron microscope: SEM) - ใช้ศึกษาหรือตรวจสอบพื้นผิวภายนอกของวัตถุตัวอย่าง ได้ภาพ 3 มิติ - มีเลนส์รวบรวมรังสี (Condenser lens) เพื่อทําให้เป็นลําอิเล็กตรอน หากต้องการภาพที่มีความคมชัดจะปรับให้ลําอิเล็กตรอนมีขนาดเล็ก หลังจากนั้นจะถูกปรับระยะโฟกัสโดยเลนส์ใกล้วัตถุ (Objective lens) ลงไปบนผิวชิ้นงานที่ต้องการศึกษา เมื่อลําอิเล็กตรอนถูกกราดลงบน ชิ้นงาน จะทําให้เกิดอิเล็กตรอนทุติยภูมิ (Secondary electron) ขึ้น - สัญญาณจากอิเล็กตรอนทุติยภูมินี้จะถูกบันทึก และแปลงไปเป็น สัญญาณทางอิเล็กทรอกนิกส์และ ถูกนําไปสร้างเป็นภาพบนจอ โทรทัศน์ต่อไป และสามารถบันทึกภาพจากหน้าจอโทรทัศน์ได้เลย
- 108.
- 109.
- 110.
- 111. ปรากฏการณ์คอมป์ตัน (Compton effect) ในพ.ศ. 2466 คอมป์ตัน และ เดบาย ได้ทําการทดลองที่สนับสนุน แนวคิดที่ว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถประพฤติตัวเป็นอนุภาคได้ เรียก ว่า ปรากฏการณ์คอมป์ตัน เป็นการฉายรังสีเอกซ์ไปยังผลึกแกรไฟต์ทําให้ อิเล็กตรอนหลุดออกมาจากผลึก วิดีโอ ปรากฏการณ์คอมป์ตัน
- 112. ปรากฏการณ์คอมป์ตัน (Compton effect)(ต่อ) ผลการทดลอง 1. รังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกจากผลึกแกรไฟต์มีทั้งความยาวคลื่นเท่าเดิม และมากกว่าเดิม 2. ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกแปรผันตามมุมกระเจิง กล่าว คือ ยิ่งรังสีเอกซ์เบี่ยงเบนจากแนวเดิมมาก ความยาวคลื่นที่กระเจิงออก มายิ่งมีค่ามากขึ้นด้วย
- 113. ปรากฏการณ์คอมป์ตัน (Compton effect)(ต่อ) ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ กล่าวว่า - ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่กระเจิง จะขึ้นกับความเข้มกับช่วงเวลาที่ ฉายรังสีเอกซ์ไปตกกระทบบนแกรไฟต์ - ดังนั้นการมองรังสีเอกซ์เป็นคลื่นจึงไม่สามารถอธิบายการทดลองที่ เกิดขึ้นได้
- 114. ผลการศึกษาปรากฏการณ์คอมป์ตัน 1. คอมป์ตันอธิบายผลการทดลองโดยคิดว่ารังสีเอกซ์เป็นก้อน พลังงานหรือโฟตอน ดังนั้นการชนระหว่างรังสีเอกซ์กับ อิเล็กตรอนในผลึกแกรไฟต์จึงเป็นการชนกันระหว่างอนุภาคกับ อนุภาค 2. การหาความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมาจึงใช้กฎการ อนุรักษ์พลังงานและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมได้ดังนี้ 2.1 ถ้ารังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมามีความยาวคลื่นเท่าเดิม แสดงว่า รังสีเอกซ์กับอิเล็กตรอนชนกันแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ ไม่สูญเสีย พลังงาน 2.2 ถ้ารังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมามีความยาวคลื่นมากขึ้นแสดง ว่าเป็นการชนกันแบบไม่ยืดหยุ่นและมีการสูญเสียพลังงาน
- 115.
- 116. การหาความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่กระเจิง (ต่อ) เมื่อ λf คือความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์หลังการชน หน่วย m λi คือ ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ก่อนการชน หน่วย m Δλ คือ ความยาวคลื่นที่เปลี่ยนแปลงไปของรังสีเอกซ์ หน่วย m h คือ ค่าคงตัวของพลังค์ เท่ากับ 6.626x10-34 J.s c คือ อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ เท่ากับ 3 x 108 m/s m0 คือ มวลของอิเล็กตรอน เท่ากับ 9.11 x 10-31 kg θ คือ มุมกระเจิงของรังสีเอกซ์
- 117.
- 118. Schrödinger’s cat แมวของชเรอดิงเงอร์:การทดลองทางความคิดในกลศาสตร์ ควอนตัม -แชด ออร์เซล (Chad Orzel) : คลิกที่ TED เพื่อดูวิดีโอ
- 119. กลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics) -ทฤษฎีที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ในระดับอะตอม - เช่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน - เกี่ยวข้องกับหลักความน่าจะเป็นทางคณิตศาสตร์โดยจะ พิจารณาถึงโอกาสที่เป็นไปได้ที่จะพบอิเล็กตรอนในบริเวณหนึ่ง
- 120. แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์ (ErwinSchrödinger) - ค้นพบสมการที่อธิบายพฤติกรรมการ เคลื่อนที่ของคลื่นได้ เรียกว่า “สมการ ชเรอดิงเงอร์” หรือ “สมการคลื่น” - สมการนี้ใช้อธิบายการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนภายในอะตอมโมเลกุล - พิสูจน์ได้ว่าระดับพลังงานของ อิเล็กตรอนในอะตอมนั้นมีค่า ไม่ต่อเนื่องกัน
- 121. หลักความไม่แน่นอน (Uncertainty principle) สําหรับอนุภาคเล็กๆ จะไม่สามารถบอกตําแหน่งและโมเมนตัมที่ แน่นอนของอนุภาคได้พร้อม ๆ กัน
- 123.
- 124.
- 125. : Atomic physicsMind Map