1. ฟิ สิ กส์ อะตอม 4
การทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์
รังสี เอ็กซ์ (X – RAY)
ปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริก
(PHOTOELECTRIC EFFECT)

2. การเปลียนวงโคจรจะเกิดขึนเมื่อมีการปลดปล่อยหรือ
่
้
ดูดกลืนคลืนแม่ เหล็กไฟฟาเป็ นปริมาณ hf นั่นคือ
่
้
E = Ei – Ef
= hf

5. This spectrum was produced by
exciting a glass tube of hydrogen
gas with about 5000 volts from a
transformer. It was viewed
through a diffraction grating
with 600 lines/mm. The colors
cannot be expected to be
accurate because of differences
in display devices.

6. Electron transitions and their resulting wavelengths for
hydrogen. Energy levels are not to scale.

8. ปัญหาทฤษฎีของ BOHR
ไม่ สามารถให้ เหตุผลว่ าทาไมจึงมีวงโคจรเสถียรและมีเงือนไขว่ า
่
mvr  n
ไม่ สามารถอธิบายอะตอมหนักๆที่มีอเิ ล็กตรอนหลายๆตัว ได้ ถูกต้ อง
อะตอมที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่ เหล็กจะให้ สเปกตรัมที่ผดไปจากเดิม คือ
ิ
สเปกตรัมเส้ นหนึ่งๆแยกออกเป็ นสเปกตรัมหลายเส้ น(Zeeman effect)

10. การแผ่ รังสี จากวัตถุดา (BLACK BODY RADIATION)
วัตถุทุกชนิดทีมอุณหภูมสูงกว่ าศูนย์
่ ี
ิ
องศาสั มบูรณ์ จะแผ่ คลืนแม่ เหล็กไฟฟา
่
้
สเปกตรัมของรังสี ทแผ่ ออกมาจากแท่ ง
ี่
เหล็กร้ อนจัดเป็ นสเปกตรัมต่ อเนื่อง
(continuous spectrum)

11. วัตถุร้อนไม่ เพียงแต่ จะแผ่ รังสี เท่ านั้น ในขณะเดียวกันยัง
ดูดกลืนรังสี ด้วย
• วัตถุมีอุณหภูมิสูงกว่ าสิ่ งแวดล้ อม อัตราการแผ่ รังสี จะมากกว่ าอัตราการ
ดูดกลืนรังสี
• วัตถุมีอุณหภูมิตากว่ าสิ่ งแวดล้ อม อัตราการดูดกลืนรังสี จะมากกว่ าอัตรา
่
การแผ่ รังสี
• วัตถุมีอุณหภูมิเท่ ากับสิ่ งแวดล้ อม อัตราการแผ่ รังสี จะเท่ ากับอัตราการ
ดูดกลืนรังสี วัตถุจะมีอุณหภูมิคงทีเ่ รียกว่ าวัตถุอย่ ในสมดุลความร้ อน
ู

12. อัตราการแผ่ พลังงานรังสี ของวัตถุร้อนขึนอย่ ูกบ
้
ั
อุณหภูมและชนิดของผิววัตถุ
ิ
วัตถุดา(black body) คือวัตถุทเี่ ป็ นตัวแผ่ และดูดกลืนรังสี ได้
อย่ างสมบูรณ์ และดีทสุด วัตถุดาจะดูดกลืนคลืนแม่ เหล็กไฟฟา
ี่
่
้
ทุกความถีทตกกระทบโดยไม่ สะท้ อนเลย
่ ี่
พลังงานรังสี ทแผ่ ออกจากวัตถุดาจะขึนอยู่กบอุณหภูมเิ พียง
ี่
้
ั
อย่ างเดียว

13. การทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์

14. 1. ฟรังก์ และเฮิร์ตซ์ ได้ ทาการทดลองเรื่องการชนกันของอะตอมต่ างๆ
โดยใช้ ประจุอเิ ล็กตรอนกับอะตอมของปรอท
2. เมื่ออิเล็กตรอนชนกับอะตอมของปรอทจะทาให้ เกิดการถ่ ายเท
พลังงานจากอิเล็กตรอนไปยังอะตอม และพลังงานที่อะตอมได้ รับ
จะถ่ ายทอดต่ อไปยังอิเล็กตรอนในอะตอมอีกต่ อหนึ่ง ถ้ าพลังงาน
มากพอที่จะทาให้ เกิดอิเล็กตรอนหลุดออกมาเป็ นอิสระแสดงว่ า
เกิดการ Ionization

15. เมือ นาความต่ างศักย์ ไฟฟาและ
่
้
กระแสไฟฟามาวิเคราะห์ ว่าอะตอมของ
้
ไอปรอทรับพลังงาน จากอิเล็กตรอน
ทุกค่ าอย่ างต่ อเนื่องหรือรับเพียงบางค่ า
โดยเขียนกราฟได้ ดงรู ป
ั
กราฟความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้ าและกระแสไฟฟ้ า

17. จากการทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์ พบว่ า
1. ถ้ าพลังงานจลน์ ที่อเิ ล็กตรอนต่ากว่ า 4.9 eV (ความต่ างศักย์ ที่ใช้ เร่ ง
อิเล็กตรอนต่ากว่ า 4.9 eV ) การชนระหว่ างอิเล็กตรอนและอะตอมของ
ปรอทจะเป็ นการชนแบบยืดหยุ่น (elastic collision) คือ Ekก่ อนชน
เท่ ากับ Ek หลังชนนั่นแสดงว่ า อิเล็กตรอนไม่ สามารถทาให้ อะตอมของ
ปรอทเปลียนระดับพลังงานจาก Ground State ได้ เพราะอะตอมของ
่
ปรอทไม่ สามารถดูดกลืนพลังงานจลน์ ทตากว่ า 4.9 eV ได้
ี่ ่

18. 2. เมื่อเพิมพลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอนเป็ น 4.9 eV ทาให้ อะตอม
่
ของปรอทเปลียนระดับพลังงานจาก Ground State (E1) ไปยัง
่
Excited State (E2) ครั้งแรกสุ ดของการกระตุ้นได้
3.
ถ้ าเพิมพลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอนขึนไปอีก ก็จะกระตุ้นอะตอม
่
้
ของปรอทอะตอมที่สอง และอะตอมที่สามได้ อกเรื่อยๆ แต่ ทุก
ี
อะตอมของปรอทยังคงต้ องการพลังงานจลน์ 4.9 eV เหมือนเดิม

19. 4.
ถ้ าอะตอมของปรอททีถูกกระตุ้นไปอยู่ในระดับพลังงาน E2 และ
่
จะเปลียนระดับพลังงานเข้ าสู่ ระดับพลังงาน Ground State
่
(E1) จะต้ องปลดปล่อยพลังงานออกมาในรู ปคลืนแม่ เหล็กไฟฟา
่
้
ซึ่งเรียกว่ า Photon มีพลังงานเท่ ากับ 4.9 eV

21. สรุปการทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์ พบว่ า
ในการชนระหว่ างอิเล็กตรอนกับอะตอม
จะดูดกลืนพลังงานได้ เพียงบางจานวน
เท่ านั้นซึ่งชี้ให้ เห็นว่ าระดับพลังงานของ
อะตอมไม่ ต่อเนื่อง กันเป็ นไปตามทฤษฎี
ของโบร์ คือ 4.9 , 6.7 , และ 10.4 eV

22. ตามการทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์ ข้ อสรุปใดไม่ จริ ง
1. อิเล็กตรอนที่มีพลังงานน้ อยกว่ า 4.9 eV จะมีการชนแบบ
ยืดหยุ่นกับอะตอมของ ไอปรอท
2. อิเล็กตรอนทีมีพลังงานมากกว่ า 4.9 eV จะสู ญเสี ยพลังงาน
่
ส่ วนหนึ่งให้ กบอะตอม ของไอปรอท
ั
3. อะตอมของไอปรอทมีค่าพลังงาน ระดับพืนเท่ ากับ 4.9 eV
้
4. อะตอมของไอปรอทมีค่าพลังงานเป็ นชั้นๆ ไม่ ต่อเนื่อง

23. ในการทดลองของฟรังค์ และเฮิรตซ์ ถ้ าเราใช้ หลอดทดลองที่บรรจุ
ไฮโดรเจนแทนหลอด ทีบรรจุไอปรอท จะต้ องให้ พลังงานแก่
่
อิเล็กตรอนน้ อยทีสุดเท่ าใด จึงจะรับพลังงานนั้น
่
( ให้ ระดับพลังงานในหน่ วย eV ของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน
เรียงจากวงในสุ ดเป็ น –13.59 , –3.40 , –1.51 , .... 0 ตามลาดับ )

24. การทดลองของฟรังค์ และเฮิรตซ์ ให้ ผลสรุปที่สาคัญข้ อใด
1. อิเล็กตรอนชนอะตอมแบบยืดหยุ่นเป็ นส่ วนใหญ่
2. อิเล็กตรอนชนกับอะตอมแบบไม่ ยดหยุ่น
ื
3. อะตอมมีระดับพลังงานเป็ นชั้น ๆ
4. กระแสไฟฟาผ่ านแก๊ สทีมีความดันต่า
้
่

25. รังสี เอ็กซ์ (X – ray)
Wilhelm K.Roentgen

26. หลอดรังสี เอกซ์ (x-ray tube)

28. รังสี เอกซ์
มีสมบัติอย่ างไรบ้ าง

29. 1.
2.
3.
4.
ไม่ เบี่ยงเบนในสนามแม่ เหล็กและสนามไฟฟา
้
เป็ นคลืนแม่ เหล็กไฟฟาที่มีความยาวคลืนสั้ นมาก
่
้
่
มีอานาจทะลุทะลวงสูง
ทาให้ ก๊าซแตกตัวเป็ นไอออนได้

30. 5. ทาให้ สารเรืองแสงเกิดสารเรืองแสงได้
6. ทาปฏิกริยากับแผ่ นฟิ ล์ ม
ิ
7. รังสี เอกซ์ มีอนตรายและทาลายเซลล์ ของสิ่ งมีชีวตได้
ั
ิ
8. เมื่อรังสี เอกซ์ กระทบบนแผ่ นโลหะสามารถทาให้ เกิด
ปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริกได้

31. รังสี เอกซ์
เกิดขึนได้ อย่ างไร
้

32. การคานวณหาความถีสูงสุดของรังสี เอกซ์
่
เนื่องจากอิเล็กตรอน จะเปลียนพลังงานไฟฟ้ าเป็ นคลื่น
่
แม่ เหล็กไฟฟา (รังสี เอกซ์ )
้
จึงได้ ว่า
W = E รังสีเอกซ์
e V = h f max = hc/λmin

33. การเกิดรังสี เอกซ์ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะค่า
ยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีอะตอมของโบร์
่
ที่วา อะตอมมีระดับพลังงานเป็ นชั้น ๆ

34. รังสี เอกซ์

35. รังสี เอกซ์ ลกษณะเฉพาะ (Characteristic x – rays)
ั
จากรูป อิเล็กตรอนทีมีพลังงานจลน์
่
เข้ าชนอิเล็กตรอนในชั้น K ของ
อะตอมหลุดออก อิเล็กตรอนในชั้นที่
อยู่ถดไปเข้ ามาแทนที่ การเปลียน
ั
่
ระดับพลังงานอิเล็กตรอนในชั้นต่ าง ๆ
ของอะตอมทาให้ เกิดสเปกตรัม
ลักษณะเฉพาะ

37.  อิเล็กตรอนบางตัวชนเปา เสี ยพลังงานไปใน
้
การชนหลายๆครั้ง แต่ ละครั้งที่มีการเสี ย
พลังงาน จะได้ โฟตอนออกมาหนึ่งตัว
โฟตอนเป็ นจานวนมากมีพลังงานหรือความ
ยาวคลืนต่ างๆกัน
่
 อิเล็กตรอนตัวใดเสี ยพลังงานทั้งหมดไปใน
การชนเพียงครั้งเดียว จะได้ โฟตอนรังสี เอกซ์
มีพลังงานสู งสุ ดเท่ ากับพลังงานจลน์ ของ
อิเล็กตรอนที่เข้ าชน
hfmax = eV
min
hc

eV
1240
min nm 
V

38. รังสี เอกซ์ จากการถูกหน่ วง (Bremsstrahlung)
เกิดขึนเมืออิเล็กตรอนพลังงานสู ง วิงด้ วย
้ ่
่
ความเร็วเข้ าใกล้ นิวเคลียสซึ่งมีประจุบวก
ทาให้ อเิ ล็กตรอนเปลียนทิศทาง หรือมีการ
่
เปลียนแปลงความเร็วในลักษณะที่
่
พลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอนลดลง เป็ น
เหตุให้ มการแผ่ พลังงานออกมาในรู ปของ
ี
คลืนแม่ เหล็กไฟฟ้ าหรือโฟตอนเป็ นรังสี
่
เอกซ์ จากการถูกหน่ วง(Bremsstrahlung)

39. จงเลือกข้ อความทีถูกต้ อง
่
1. รังสี เอกซ์ เป็ นคลืนแม่ เหล็กไฟฟ้ าทีมความถีสูงมากและเป็ นสเปกตรัม
่
่ ี
่
ต่ อเนื่อง
2. รังสี เอกซ์ เป็ นคลืนแม่ เหล็กไฟฟาที่มสเปกตรัมต่ อเนื่องซึ่งค่ าความถีสูงสุ ด
่
้ ี
่
ขึนกับชนิด ของโลหะที่ใช้ ทาเป้ า และยังมีสเปกตรัมเส้ นด้ วย
้
3. รังสี เอกซ์ เป็ นคลืนแม่ เหล็กไฟฟาที่มสเปกตรัมเส้ นซึ่งเกิดจากการปล่ อย
่
้ ี
พลังงานของอิเล็กตรอนของอะตอม เมื่ออิเล็กตรอนนั้นเปลียนวงโคจรจาก
่
ที่มีระดับพลังงานต่า ไปสู่ วงโคจรทีมีระดับพลังงานสู งและยังมีสเปกตรัม
่
ต่ อเนื่องด้ วย
4. ไม่ มีข้อใดถูก

40. ทฤษฏีอะตอมของโบร์ สามารถใช้ อธิบายปรากฏการณ์ ต่างๆ
เกียวกับอะตอม ได้ มากมาย เช่ น
่
1. อธิบายถึงการเกิดสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน
2. อธิบายถึงการจัดตัวของอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุ
ไฮโดรเจน
3. อธิบายถึงค่ าพลังงานทีทาให้ อะตอมที่มีอเิ ล็กตรอนเพียงตัว
่
เดียวแตกตัวเป็ นอิออนได้

41. ปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)
ปรากฏการณ์ ทฉายแสงทีมี
ี่
่
ความถีสูง ตกกระทบผิวโลหะ
่
แล้ วทาให้ เกิดประจุไฟฟาลบ
้
(อิเล็กตรอน) หลุดออกมาจาก
โลหะได้ อิเล็กตรอนทีหลุด
่
ออกมาเรียกว่ า โฟโตอิเล็กตรอน

43. •ฉายแสงความถี่
เดียวให้ ตกกระทบ
่
ผิวโลหะ จะมี
อิเล็กตรอนหลุด
จากผิวโลหะได้

44. ข้ อควรทราบเกียวกับปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริก
่
1. ปกติแล้ วอิเล็กตรอนในอะตอม ของขั้วแคโทดจะถูกนิวเคลียสยึดเหนี่ยวไว้
ด้ วยพลังงานขนาดหนึ่ง เมื่อให้ พลังงานแสง แก่ อเิ ล็กตรอนนี้ พลังงานส่ วนหนึ่ง
จะถูก ใช้ สลายพลังงานยึดเหนี่ยวนี้ พลังงานที่ใช้ ไปนีเ้ รียกฟังก์ชันงาน (Work
function) แทนด้ วยสั ญลักษณ์ W ซึ่งจะมีขนาดเท่ ากับพลังงานยึดเหนี่ยว
อิเล็กตรอนนั่นเอง แล้ วพลังงานส่ วนที่เหลือก็จะเปลียนเป็ นพลังงานจลน์ ของ
่
อิเล็กตรอนที่เคลือนที่ออกไป
่
Eแสง = W + E k ของอิเล็กตรอน

45. 2. หากเราให้ แสงที่มีพลังงานน้ อยกว่ า พลังงานยึดเหนี่ยว (W)
อิเล็กตรอนจะไม่ หลุดออกมาจากแคโทด จะต้ องเพิมความถี่ ( f ) แสงให้
่
มากขึนจนกระทั่งพลังงานแสงมีค่าอย่ างน้ อยเท่ ากับพลังงานยึดเหนี่ยว
้
อิเล็กตรอนจึงจะหลุดออกมาได้ ความถีแสงตรงนี้ เรียก ความถีขีดเริ่ม
่
่
( fo) และความยาวคลืนแสงตรงนีเ้ รียกความยาวคลืนขีดเริ่ม (o)
่
่

46. 3. หากต้ องการทดลองหาพลังงานจลน์
ของโฟโตอิเล็กตรอน ให้ ต่อขั้วไฟฟาลบเข้ า
้
กับแอโนด และขั้วไฟฟ้ าบวกเข้ ากับแคโทด
ดังรูป หากใช้ ความต่ างศักย์ เหมาะสม เมื่อ
อิเล็กตรอนอันมีประจุลบเข้ าใกล้ ข้วแอโนด
ั
( ขั้วลบ ) จะเกิดแรงต้ านทาให้ อเิ ล็กตรอนหยุดนิ่งแล้ วเปลียนพลังงานจลน์ ให้
่
กลายเป็ นพลังงานศักย์ ไฟฟ้ า ความต่ างศักย์ ทใช้ หยุดอิเล็กตรอนนีเ้ รียก
ี่
ความต่ างศักย์ หยุดยั้ง (Vs)

47. เมื่ออิเล็กตรอนหยุดนิ่งจะได้ ว่า
Ek = Ep
Ek = e Vs
เมือ Ek คือพลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอน ( จูล )
่
e = 1.6 x 10–19 C ( คือประจุอเิ ล็กตรอน 1 ตัว )
Vo คือความต่ างศักย์ หยุดยั้ง (โวลต์ )
4. พลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอน ( Ek ) จะแปรผันกับพลังงานแสง ,
ความถีแสง และจะแปรผกผันกับพลังงานยึดเหนี่ยว (W)
่
5. พลังงานยึดเหนี่ยว (W) จึงขึนกับชนิดของโลหะที่นามาใช้ เป็ น
้
แคโทดและไม่ เกียวกับขนาดของโลหะขั้วแคโทดนั้น
่
6. จานวนโฟโตอิเล็กตรอน จะแปรผันตรงกับความเข้ มแสง

48. โฟโตอิเล็กตรอน คืออิเล็กตรอนชนิดใด
1. อิเล็กตรอนทีมประจุมากกว่ าอิเล็กตรอนธรรมดา
่ ี
2. อิเล็กตรอนที่ทาปฏิกริยากับฟิ ล์ มถ่ ายรูป
ิ
3. อิเล็กตรอนทีหลุดจากผิวโลหะโดยการฉายแสง
่
4. อิเล็กตรอนทีมประจุเป็ นบวก
่ ี

49. ความถีขีดเริ่ม หรือความถีตัดขาดของแสงทีใช้ ใน
่
่
่
ปรากฎการณ์ โฟโตอิเล็กทริก คืออะไร
1. ความถีททาให้ โฟตอนมีพลังงานเท่ ากับพลังงานยึดเหนี่ยว
่ ี่
2. ความถีแสงทีพอดี ทาให้ อเิ ล็กตรอนหลุดจากโลหะได้ พอดี
่
่
3. ความถีแสงทีทาให้ โฟโตอิเล็กตรอนมีพลังงานจลน์
่
่
เท่ ากับศูนย์
4. ถูกทุกข้ อ

50. ข้ อความต่ อไปนี้ เป็ นเท็จ
1. เมือใช้ แสงความถีสูงขึน (และสู งกว่ าความถีขดเริ่ม) ตก
่
่ ้
่ ี
กระทบแคโทด โฟโตอิเล็กตรอนจะมีพลังงานจลน์ มากขึน
้
2. หากใช้ แสงทีมความเข้ มสู งตกกระทบแคโทด หากเกิด
่ ี
โฟโตอิเล็กทริก จานวนโฟโตอิเล็กตรอนจะมีมาก
3. หากเพิมความเข้ มแสง โฟโตอิเล็กตรอนจะมีพลังงานจลน์
่
สู งขึน
้
4. ฟังก์ ชันงานจะขึนกับชนิดของโลหะทีใช้ ทาขั้วแคโทด
้
่

51. พลังงานจลน์ สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนนั้น
1. ไม่ ขนกับความเข้ มของแสงทีมาตกกระทบ
ึ้
่
2. ขึนกับกาลังหนึ่งของความเข้ มของแสงทีมาตกกระทบ
้
่
3. ขึนกับกาลังสองของความเข้ มของแสงทีมาตกกระทบ
้
่
4. ขึนกับรากทีสองของความเข้ มของแสงทีมาตกกระทบ
้
่
่

52. ผลการศึกษาปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริก สรุปได้ ดงนี้
ั
1. โฟโตอิเล็กตรอนจะเกิดขึน เมื่อแสงที่ตกกระทบโลหะมีความถี่
้
ไม่ น้อยกว่ าค่ าความถีคงตัวค่ าหนึ่ง เรียกว่ า ค่ าความถีขีดเริ่ ม (f0)
่
่
2. จานวนโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิมขึน เมื่อแสงที่ใช้ มีความเข้ มแสง
่ ้
มากขึน
้
3. พลังงานจลน์ สูงสุ ด Ek(max) ของอิเล็กตรอนไม่ ขนกับความ
ึ้
เข้ มแสง แต่ ขนกับค่ าความถีแสง
ึ้
่
4. พลังงานจลน์ สูงสุ ดมีค่าเท่ ากับความต่ างศักย์ หยุดยั้ง

53. • อิเล็กตรอนทีหลุดออกจากผิวโลหะเรียกว่ า โฟโตอิเล็กตรอน
่
(Photoelectrons)
•ศักย์ หยดยัง (Stopping potential) คือ ความต่ างศักย์ ที่ทาให้ ไม่
ุ ้
มีอเิ ล็กตรอนทีหลุดจากขั้วบวกมาถึงขั้วลบ
่

54. พลังงานจลน์ สูงสุ ดของโฟโตอิเล็กตรอน
Ek max
1 2
 mvmax  eVS
2
Vs เป็ นค่ าศักย์ หยดยัง
ุ ้
ความถีตาสุ ดทีทาให้ โฟโตอิเล็กตรอนเริ่มหลุดออกจากผิว
่ ่
่
คือ ความถี่ขีดเริ่ม

55. พลังงานส่ วนหนึ่ง ( hf0 ) ทาให้ อเิ ล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะได้ ซึ่งเท่ ากับ
พลังงานยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนของโลหะ เรียกว่ า ( work function ) ( W )
และพลังงานที่เหลือเปลียนเป็ นพลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอนซึ่งเท่ ากับ
่
พลังงานทีใช้ หยุดยั้งอิเล็กตรอนนั้น ( eVs )
่
E = hf - W

56. h
W
( )

ee
สมการของพลังงานโฟโตอิเล็กตรอน
Ekmax = eVS = hf - W
eVS = hf - hf0
เมื่อ W = hf0