ฟิสิกส์อะตอม
Download
1 / 98

???????????? - PowerPoint PPT Presentation


  • 182 Views
  • Uploaded on

ฟิสิกส์อะตอม. Heinrich Geissler. ประดิษฐ์เครื่องสูบสุญญากาศ. มีกระแสไฟฟ้าผ่านหลอดและมีสีเขียวจางๆเกิดขึ้นที่ผนังของหลอด. Sir William Crookes. รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรง. รังสีแคโทดเบนในสนามแม่เหล็ก. สมบัติรังสีแคโทด. วัสดุหลายชนิดที่ใช้ทำแคโทด จะให้รังสีแคโทดที่มีสมบัติอย่างเดียวกัน

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '????????????' - keaton


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Heinrich geissler
Heinrich Geissler

ประดิษฐ์เครื่องสูบสุญญากาศ

มีกระแสไฟฟ้าผ่านหลอดและมีสีเขียวจางๆเกิดขึ้นที่ผนังของหลอด


Sir william crookes
Sir William Crookes

รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรง

รังสีแคโทดเบนในสนามแม่เหล็ก


4388609
สมบัติรังสีแคโทด

  • วัสดุหลายชนิดที่ใช้ทำแคโทด จะให้รังสีแคโทดที่มีสมบัติอย่างเดียวกัน

  • เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรงออกมาตั้งฉากกับผิวแคโทด

  • สนามแม่เหล็กเบนรังสีแคโทดได้


Joseph john thomson
Joseph John Thomson

ทดลองหาค่าประจุต่อมวลอิเล็กตรอน



4388609

ใส่สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นที่ตั้งฉากกับเส้นทางวิ่งของอิเล็กตรอนใส่สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นที่ตั้งฉากกับเส้นทางวิ่งของอิเล็กตรอน


4388609
เมื่อใส่สนามแม่เหล็กอย่างเดียวเมื่อใส่สนามแม่เหล็กอย่างเดียว


4388609

แรงจากสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากคือแรงจากสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากคือ

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งของวงกลมรัศมี R

อัตราส่วนประจุต่อมวลของอนุภาครังสีแคโทด


4388609
เมื่อใส่สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเมื่อใส่สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

อิเล็กตรอนวิ่งตรง


4388609

ตัวอย่างเมื่อใส่สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าในการทดลองของ Thomson เพื่อหาอัตราส่วน ประจุต่อมวลของอนุภาครังสีแคโทด โดยใช้ สนามแม่เหล็กขนาด คือ 1.4  10-3เทสลา รัศมีความโค้งของลำอนุภาครังสีแคโทดจะเท่ากับ 9.13 เซนติเมตร ในการวัดความเร็วของอนุภาค รังสีแคโทด พบว่า ถ้าต่อแผ่นโลหะทั้งสองซึ่งมี ระยะห่างกัน 1.0 เซนติเมตรเข้ากับความต่างศักย์ ไฟฟ้า 322 โวลต์ จะทำให้อนุภาครังสีแคโทด เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง จงหาความเร็วและ อัตราส่วนประจุต่อมวลอนุภาครังสีแคโทด


4388609
จงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอมจงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอม

  • อัตราส่วนประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนมากกว่าอัตราส่วนประจุต่อมวลของไอออนของไฮโดรเจนประมาณ 1,800 เท่า และประจุของอิเล็กตรอนกับประจุของไอออนของไฮโดรเจนมีค่าเท่ากัน ดังนั้นมวลของอิเล็กตรอนน้อยกว่ามวลของไอออนของไฮโดรเจนประมาณ 1,800 เท่า


Robert a millikan
Robert A. Millikanจงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอม


4388609

  • ตัวอย่างจงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอมในการทดลองของ Millikanต้องใช้ความ ต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะค่าเท่าใด จึงจะ ทำให้แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้าที่กระทำต่อ หยดน้ามันสมดุลกับแรงดึงดูดของโลก ถ้า หยดน้ามันมีมวล 6.4  10 – 15 กิโลกรัม และ

    ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่ม 7 ตัว ระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะเท่ากับ 1 เซนติเมตร ประจุไฟฟ้า ของอิเล็กตรอนเท่ากับ 1.6  10 – 19 คูลอมบ์


4388609
แบบจำลองอะตอมจงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอม

แบบจำลองอะตอมของ Thomson

อะตอมเป็นทรงกลมตันอิเล็กตรอนฝังรวมกับประจุบวก ลักษณะคล้ายผลแตงโมและมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า


Ernest rutherford
Ernest Rutherfordจงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอม

ทำการทดลองโดยยิงอนุภาคแอลฟา(alpha particle)ผ่านแผ่นทองคำบางๆ พบว่าอนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่เดินทางเป็นเส้นตรงทะลุผ่านแผ่นทองคำไปโดยไม่เบี่ยงเบนแต่มีหลายอนุภาคเบี่ยงเบนจากแนวทางเดิมเป็นมุมโต บางส่วนสะท้อนกลับเกือบเป็นเส้นตรง


4388609

การทดลองของ จงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอมRutherford


Rutherford
บทสรุปการทดลองของ จงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอมRutherford

มวลส่วนใหญ่ของอะตอมรวมกันอยู่อย่างหนาแน่นในบริเวณที่เป็นปริมาตรน้อยๆ และบริเวณส่วนใหญ่ของอะตอมเป็นที่ว่างเปล่า


Rutherford1
แบบจำลองอะตอมของ จงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอมRutherford

  • อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสเล็กๆซึ่งเป็นมวลทั้งหมดของอะตอมและมีประจุบวก โดยมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบนิวเคลียสคล้ายระบบสุริยะ


Rutherford2
ปัญหาของจงให้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่าอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอมแบบจำลองอะตอมของ Rutherford

  • เหตุใดอิเล็กตรอนที่วิ่งวนรอบนิวเคลียสจึงไม่สูญเสียพลังงาน เนื่องจากตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่โดยมีความเร่งจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา เป็นผลให้พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนลดลง ดังนั้นอิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสและมีความเร่ง จะสูญเสียพลังงานจลน์ ทำให้อิเล็กตรอนวิ่งช้าลง รัศมีการเคลื่อนที่จะน้อยลงๆและในที่สุดจะวนเข้าไปรวมกับนิวเคลียส


4388609


4388609
แบบจำลองอะตอมของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมากมีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนอย่างไรBohr

แบบจำลองอะตอมของไฮโดรเจนที่มีโปรตอนเป็นนิวเคลียสและมีอิเล็กตรอนวิ่งวนอยู่รอบๆ


4388609
สมมติฐานอะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมากมีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนอย่างไรของBohr

1 ในอะตอมไฮโดรเจนจะมีวงโคจรพิเศษที่อิเล็กตรอนวิ่งวนอยู่ได้โดยไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สถานะเช่นนี้เรียกว่าสถานะคงที่(stationary state)

2 อิเล็กตรอนในวงโคจรพิเศษจะมีโมเมนตัมเชิงมุมเป็นจำนวนเท่าของค่าคงตัวค่าหนึ่ง ซึ่งมีค่าเท่ากับค่าคงตัวของPlanck หารด้วย 2mvr = nเมื่อ

  • และ nคือ เลขควอนตัม


4388609

mkeอะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมากมีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนอย่างไร2r = (mvr)2


4388609

พลังงานรวมของอิเล็กตรอนพลังงานรวมของอิเล็กตรอน=พลังงานศักย์ไฟฟ้า+พลังงานจลน์

พลังงานศักย์ไฟฟ้า

พลังงานจลน์

พลังงานรวม


4388609
ค่าพลังงานชั้นต่างของอะตอมไฮโดรเจนค่าพลังงานชั้นต่างของอะตอมไฮโดรเจน

E1= - 13.6 eV

เมื่อ n = 1,2,3



4388609

  • สถานะพื้น (ground state)เป็นสถานะที่อะตอมมีเสถียรภาพมากที่สุด

  • สถานะถูกกระตุ้น(excited state)ค่าพลังงานEnสูงกว่าสถานะพื้น เพราะมีพลังงานกระตุ้นให้อิเล็กตรอนไปอยู่ในสถานะที่มีค่า n เป็น 2, 3,4….





4388609

อนุกรมไลมาน( Lymann Series) UV

เมื่อ nf = 1 , ni = 2, 3, 4

อนุกรมบาลเมอร์(Balmer Series)

เมื่อnf = 2, ni = 3, 4, 5

อนุกรมพาสเชน(Paschen Series)

เมื่อ nf = 3 , ni = 4, 5, 6

อนุกรมแบรกเกต(Bracket Series)

เมื่อ nf = 4, ni = 5, 6, 7

อนุกรมฟุนด์(Pfund Series)

เมื่อ nf = 5, ni = 6, 7, 8


4388609

ตัวอย่าง ถ้าอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนถูกกระตุ้นให้อยู่ที่ระดับพลังงาน n = 3 เมื่อกลับสู่สถานะพื้น จะมีเส้นสเปกตรัมเกิดขึ้นทั้งหมดกี่เส้น แต่ละเส้นมีความถี่เท่าใด


4388609
ปัญหาทฤษฎีของ Bohr

  • ไม่สามารถให้เหตุผลว่าทำไมจึงมีวงโคจรเสถียรและมีเงื่อนไขว่า

  • ไม่สามารถอธิบายอะตอมหนักๆที่มีอิเล็กตรอนหลายๆตัว ได้ถูกต้อง

  • อะตอมที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กจะให้สเปกตรัมที่ผิดไปจากเดิม คือสเปกตรัมเส้นหนึ่งๆแยกออกเป็นสเปกตรัมหลายเส้น(Zeeman effect)


Black body radiation
การแผ่รังสีจากวัตถุดำการแผ่รังสีจากวัตถุดำ(black body radiation)

วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์องศาสัมบูรณ์จะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สเปกตรัมของรังสีที่แผ่ออกมาจากแท่งเหล็กร้อนจัดเป็นสเปกตรัมต่อเนื่อง(continuous spectrum)


4388609
วัตถุร้อนไม่เพียงแต่จะแผ่รังสีเท่านั้น ในขณะเดียวกันยังดูดกลืนรังสีด้วย

  • วัตถุมีอุณหภูมิสูงกว่าสิ่งแวดล้อม อัตราการแผ่รังสีจะมากกว่าอัตราการดูดกลืนรังสี

  • วัตถุมีอุณหภูมิต่ำกว่าสิ่งแวดล้อม อัตราการดูดกลืนรังสีจะมากกว่าอัตราการแผ่รังสี

  • วัตถุมีอุณหภูมิเท่ากับสิ่งแวดล้อม อัตราการแผ่รังสีจะเท่ากับอัตราการดูดกลืนรังสี วัตถุจะมีอุณหภูมิคงที่เรียกว่าวัตถุอยู่ในสมดุลความร้อน


4388609
อัตราการแผ่พลังงานรังสีของวัตถุร้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและชนิดของผิววัตถุอัตราการแผ่พลังงานรังสีของวัตถุร้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและชนิดของผิววัตถุ

  • วัตถุดำ(black body)คือวัตถุที่เป็นตัวแผ่และดูดกลืนรังสีได้อย่างสมบูรณ์และดีที่สุด วัตถุดำจะดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกความถี่ที่ตกกระทบโดยไม่สะท้อนเลย

  • พลังงานรังสีที่แผ่ออกจากวัตถุดำจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเพียงอย่างเดียว


4388609
อัตราการแผ่พลังงานรังสีกับความยาวคลื่น และอุณหภูมิ T

B =  AT 4

กฎสเตฟาน-โบลซ์มานน์

กฎการกระจัดของวีน


4388609
ทฤษฎีการแผ่รังสีจากวัตถุดำทฤษฎีการแผ่รังสีจากวัตถุดำ

  • ผนังของวัตถุดำประกอบด้วยอะตอมเป็นจำนวนมากซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่า ออสซิลเลเตอร์(oscillator)

  • อะตอมหรือออสซิลเลเตอร์จะดูดกลืนหรือแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยความถี่ใดๆก็ได้ทฤษฎีฟิสิกส์แบบเก่า

ได้ผลดีในช่วงความยาวคลื่นมากๆเท่านั้น


Planck
สมมติฐานของทฤษฎีการแผ่รังสีจากวัตถุดำPlanck

1 ออสซิลเลเตอร์ที่สั่นจะมีค่าพลังงานใดๆมิได้ แต่จะต้องมีค่าจำกัดเป็นช่วงๆไปอย่างไม่ต่อเนื่อง ออสซิลเลเตอร์ที่มีความถี่ จะต้องมีพลังงานเป็น E = nh

เมื่อ E เป็นพลังงานของออสซิลเลเตอร์

h เป็นค่าคงที่ของPlanck ( Planck’s constant) เท่ากับ 6.625 10-34 จูลวินาที

n เป็นเลขควอนตัมมีค่าเป็นเลขจำนวนเต็ม 1,2 ,3 ......

2 ออสซิลเลเตอร์จะไม่ปล่อยหรือดูดกลืนพลังงานอย่างต่อเนื่อง แต่จะปล่อยหรือดูดกลืนพลังงานด้วยจำนวนที่เป็นปฏิภาคโดยตรงกับความถี่ของออสซิลเลเตอร์เท่านั้น


Photoelectric effect

ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก(Photoelectric effect)


4388609
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก


4388609
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก

  • ฉายแสงความถี่เดี่ยวให้ตกกระทบผิวโลหะ จะมีอิเล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะได้


4388609

  • อิเล็กตรอนที่หลุดออกจากอิเล็กตรอนที่หลุดออกจากผิวโลหะเรียกว่าโฟโตอิเล็กตรอน(Photoelectrons)

  • ศักย์หยุดยั้ง (Stopping potential)คือ ความต่างศักย์ที่ทำให้ไม่มีอิเล็กตรอนที่หลุดจากขั้วบวกมาถึงขั้วลบ


4388609
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก

  • พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอน

  • Vsเป็นค่าศักย์หยุดยั้ง

  • ความถี่ต่ำสุดที่ทำให้โฟโตอิเล็กตรอนเริ่มหลุดออกจากผิว คือ ความถี่ขีดเริ่ม


4388609
บทสรุปปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก

  • 1. พลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอนไม่ขึ้นกับความเข้มของแสง แต่ขึ้นกับความถี่ของแสง เป็นปฏิภาคตรงกับความถี่ของแสง และถ้าแสงมีความถี่ต่ำกว่าความถี่ขีดเริ่ม จะไม่มีโฟโตอิเล็กตรอนเกิดขึ้น

  • 2. ถ้าแสงมีความถี่สูงกว่าความถี่ขีดเริ่ม จำนวนอิเล็กตรอนที่หลุดจะเป็นปฏิภาคตรงกับความเข้มของแสง


4388609
บทสรุปปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก

  • ผลที่ได้จากการทดลองข้อที่1 ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายไม่ได้ เพราะตามทฤษฎีคลื่นนั้น แสงความเข้มสูงจะมีพลังงานมาก และเมื่อฉายไปกระทบโลหะจึงควรให้โฟโตอิเล็กตรอนพลังงานสูง ไม่ว่าแสงจะมีความถี่สูงหรือต่ำ ซึ่งขัดแย้งกับผลการทดลอง


4388609
ทฤษฎีโดยไปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกอน์สไตน์

  • ไอน์สไตน์เสนอว่า แสงประกอบด้วยกลุ่มก้อนของพลังงาน เรียกว่าโฟตอน (Photon) โฟตอนของแสงความถี่ จะมีพลังงานเท่ากับ h เมื่อ h คือ ค่าคงที่แพลงค์

  • แสงจึงมีลักษณะเป็นอนุภาคที่ประกอบด้วยก้อนพลังงานเล็กๆ เมื่อตกกระทบโลหะ พลังงาน hv ของโฟตอนจะถ่ายให้กับอิเล็กตรอนในโลหะตัวต่อตัว


4388609
ทฤษฎีโดยไปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกอน์สไตน์

  • อิเล็กตรอนที่หลุดจากอะตอมของผิวโลหะ จะต้องจ่ายพลังงานให้กับอะตอมเท่ากับค่า ฟังก์ชันงาน (Work function) ซึ่งเป็นพลังงานยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนไว้กับอะตอมนั้น ส่วนพลังงานที่เหลือจะปรากฏเป็นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน


4388609
สมการปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก

h = (Ek)max + Wo

(Ek)maxคือพลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอน

Woเป็นค่าฟังก์ชันงานของโลหะ

ฟังก์ชันงานของโลหะมีค่าต่างกันแล้วแต่ชนิดของโลหะ


4388609

  • ฉายแสงความยาวคลื่น 589.3 นาโนเมตร บนผิวโลหะโปแตศเซียม โดยค่าศักย์ไฟฟ้าหยุดยั้งสำหรับโฟโตอิเล็กตรอนเป็น 0.36 โวลต์ จงหาค่าพลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอน ฟังก์ชันงาน และความถี่ขีดเริ่มของการเกิดโฟโตอิเล็กตริก


Compton effect

ปรากฏการณ์คอมป์ตัน นาโนเมตร บนผิวโลหะโปแตศเซียม โดยค่าศักย์ไฟฟ้าหยุดยั้งสำหรับโฟโตอิเล็กตรอนเป็น 0.36 โวลต์ จงหาค่าพลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอน ฟังก์ชันงาน และความถี่ขีดเริ่มของการเกิดโฟโตอิเล็กตริกCompton effect


4388609

  • ปี พ.ศ. 2466 นาโนเมตร บนผิวโลหะโปแตศเซียม โดยค่าศักย์ไฟฟ้าหยุดยั้งสำหรับโฟโตอิเล็กตรอนเป็น 0.36 โวลต์ จงหาค่าพลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอน ฟังก์ชันงาน และความถี่ขีดเริ่มของการเกิดโฟโตอิเล็กตริกอาร์เทอร์ ฮอลลี คอมพ์ตัน (Arthur Holly Compton) นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ได้ทำการทดลองฉายรังสีเอกซ์ความยาวคลื่นเดียวไปยังแท่งกราไฟต์ แล้ววัดความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่กระเจิง (Scattered x-ray) ออกมาที่มุมต่างๆ กับแนวเดิมดังรูป


4388609

  • คอมพ์ตันพบว่า รังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมาจากแท่งกราไฟต์นั้นมีความยาวคลื่นเป็น 2 ประเภท ประเภทหนึ่งมีความยาวคลื่นยาวเท่าเดิม กับอีกประเภทหนึ่งมีความยาวคลื่นยาวกว่าเดิม ประเภทที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าเดิมนั้นขึ้นอยู่กับมุมกระเจิง ถ้ายิ่งกระเจิงจากแนวเดิมมาก จะยิ่งมีความยาวคลื่นยาวกว่าเดิมมาก


4388609

  • เมื่อโฟตอนรังสีเอกซ์ กระทบกับอิเล็กตรอนที่อยู่ในแท่งกราไฟต์ ก็จะเป็นการชนกันระหว่างโฟตอนกับอิเล็กตรอน ซึ่งเปรียบเสมือนการชนกันของอนุภาคกับอนุภาค ใช้หลักอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมในการชนกันได้ และเนื่องจากโฟตอนรังสีเอกซ์มีพลังงานสูงมาก เมื่อกระทบอิเล็กตรอนในกราไฟต์ (พลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนบางตัวกับอะตอมมีค่าน้อย) จึงถือเสมือนว่า โฟตอนวิ่งเข้าชนอิเล็กตรอนที่วางอยู่อย่างอิสระ และเนื่องจากเป็นการชนที่มีพลังงานสูง จึงต้องใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพ


4388609
รูปแสดงผลที่ได้จากการทดลองรูปแสดงผลที่ได้จากการทดลอง


4388609

  • คอมพ์ตันคิดว่ารังสีเอกซ์ ประกอบด้วยกลุ่มหรือเม็ดของพลังงานและเรียกเม็ดพลังงานว่า โฟตอนรังสีเอกซ์หรือเรียกสั้นๆ ว่าโฟตอน มีลักษณะเป็นอนุภาคและมีโมเมนตัมหาได้จากความสัมพันธ์ดังนี้

  • จากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ E = mc2

  • และพลังงานของโฟตอน E = h

  • h= mc2

  • โฟตอนมีความเร็ว c จึงมีโมเมนตัม


4388609

  • ตัวอย่าง ใช้โฟตอนรังสีเอกซ์ความยาวคลื่น 0.124 นาโนเมตร ในการทดลองการกระเจิงของคอมพ์ตัน ที่มุมใดความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่กระเจิง มีค่ายาวกว่ารังสีเอกซ์ตกกระทบ 1.0 %


X rays
รังสีเอกซ์ ใช้โฟตอนรังสีเอกซ์ความยาวคลื่น (X-rays)

Wilhelm K.Roentgen


X ray tube
หลอดรังสีเอกซ์ ใช้โฟตอนรังสีเอกซ์ความยาวคลื่น(x-ray tube)


4388609

การผลิตรังสีเอกซ์ ใช้โฟตอนรังสีเอกซ์ความยาวคลื่น

อิเล็กตรอนถูกเร่งด้วยความต่างศักย์สูง ไปชนขั้วบวกที่เป็นเป้า พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะกลายเป็นความร้อนให้เป้า ส่วนน้อยกลายเป็นรังสีเอกซ์แผ่กระจายออกมา


4388609

bremsstrahlung

มีความยาวคลื่นต่างๆกันไปสิ้นสุดที่ความยาวคลื่นต่ำสุด min

รังสีเอกซ์ต่อเนื่อง(continuous X-rays)


4388609

  • อิเล็กตรอน บางตัวชนเป้า เสียพลังงานไปในการชนหลายๆครั้ง แต่ละครั้งที่มีการเสียพลังงาน จะได้โฟตอนออกมาหนึ่งตัว โฟตอนเป็นจำนวนมากมีพลังงานหรือความยาวคลื่นต่างๆกัน

  • อิเล็กตรอนตัวใดเสียพลังงานทั้งหมดไปในการชนเพียงครั้งเดียว จะได้โฟตอนรังสีเอกซ์มีพลังงานสูงสุดเท่ากับพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่เข้าชน

hmax = eV


4388609

รังสีเอกซ์เฉพาะตัว

(characteristic X-rays)


4388609

n = 2 ไปชนอิเล็กตรอนในวงโคจรชั้นในสุด

n = 1

n = 3

n = 1


4388609

  • ตัวอย่าง ใช้ความต่างศักย์ 10,000 โวลต์ในหลอด รังสีเอกซ์ จะผลิตรังสีเอกซ์ที่มีความยาว คลื่นต่ำสุดเท่าไร


X ray diffraction
การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์(x-ray diffraction)

  • พ.ศ. 2455 เลาอี ได้คำนวณระยะระหว่างอะตอมในผลึกได้ค่าประมาณ10 – 9 -10 – 10 เมตร ซึ่งค่านี้ใกล้เคียงกับความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์

  • ฉายรังสีเอกซ์ไปยังผลึกของสาร เช่น ซัลไฟด์ของสังกะสี และคลอไรด์ของโซเดียม (NaCl) โดยคิดว่า อะตอมในผลึกซึ่งเรียงตัวกับเป็นระเบียบ จะทำหน้าที่เป็นเกรตติง ทำให้เกิดการเลี้ยวเบนและแทรกสอดของรังสีเอกซ์ได้

  • ผลจากการทดลองแสดงว่า รังสีเอกซ์ให้การเลี้ยวเบนมีตำแหน่งที่มีความเข้มสูงที่มุมเพียงบางมุมเท่านั้น


X ray diffraction1
การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์(x-ray diffraction)


X ray diffraction2
การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์(x-ray diffraction)


X ray diffraction3
การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์(x-ray diffraction)

  • แบรก (Sir William Bragg) ได้ศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ในผลึก ได้สมการการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์

    2d sin  = n

    เมื่อ n = 1, 2, 3,….แสดงลำดับการเกิดการเสริมกัน

    n = 1 เมื่อเกิดการเสริมกันในลำดับที่ 1

    n = 2 เมื่อเกิดการเสริมกันในลำดับที่ 2


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • Werner Heisenberg (1901-1976 )คิดค้นความรู้พื้นฐานทฤษฎีควอนตัม ในช่วงอายุประมาณยี่สิบปีต้นๆ

  • ได้รับรางวัลโนเบลในปี1932 สำหรับการค้นพบหลักความไม่แน่นอน(uncertainty principle)


4388609

หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ไฮเซนเบอร์ก เป็นคนแรกที่ชี้ให้เห็นว่า กฎเกณฑ์ของกลศาสตร์ควอนตัม บอกเป็นนัยว่า มีขีดจำกัดพื้นฐานสำหรับความแม่นยำของการวัดในการทดลอง


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • การที่อนุภาคแสดงสมบัติคลื่น และต้องใช้กลุ่มคลื่นแทนอนุภาคนั้น ทำให้ไม่สามารถบอกตำแหน่งและโมเมนตัม ของอนุภาคได้แน่นอน

กลุ่มคลื่นที่เกิดจากการรวมคลื่น 2 คลื่น


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • กลุ่มคลื่นที่เกิดจากการรวมคลื่นที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

- อนุภาคจะอยู่ที่ใดก็ได้ภายในกลุ่มคลื่น x

- ค่าของเลขคลื่น k ที่ประกอบกันเป็นกลุ่มคลื่นมีค่าต่างๆ กันอยู่ในช่วง  k

- ขนาดของความยาวคลื่นและโมเมนตัมไม่แน่นอน


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ถ้าขนาดของกลุ่มคลื่นแคบ x น้อย การบอกตำแหน่งก็ชัดเจนขึ้น แต่การบอกความยาวคลื่นก็บอกได้ยาก

  • ถ้ากลุ่มคลื่นมีขนาดกว้าง ก็จะบอกความยาวคลื่นได้ชัดขึ้น แต่ก็บอกตำแหน่งของอนุภาคได้ยาก เนื่องจาก x มีขนาดกว้างขึ้น


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • คลื่น ซึ่งมีค่า k ต่างๆกันอยู่ในช่วง  kมารวมกัน จะได้

    x . k 1

จากความสัมพันธ์ของ เดอ บรอยล์


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ผลคูณความไม่แน่นอนของตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคจะเป็นไปตามสมการ

  • xเป็นความไม่แน่นอนเกี่ยวกับตำแหน่งของอนุภาค

  • p เป็นความไม่แน่นอนเกี่ยวกับโมเมนตัมของอนุภาค


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ธรรมชาติคลื่นของวัตถุ ทำให้ไม่สามารถทราบตำแหน่งและโมเมนตัม ของอนุภาคได้อย่างแน่นอนพร้อมๆ กัน

  • ถ้าทราบโมเมนตัมแน่นอน ((p =0) ก็จะไม่ทราบว่าวัตถุอยู่ที่ใด (x=)

  • ถ้าทราบว่าอนุภาคอยู่ที่ใดแน่นอน (x=0) เราก็จะไม่ทราบค่าของโมเมนตัม (p = )

  • ถ้าทราบค่าประมาณของโมเมนตัม เราก็จะทราบค่าประมาณของตำแหน่ง


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

ตัวอย่าง อิเล็กตรอนมวล 9.1  10 –31 กิโลกรัม เคลื่อนที่มาด้วยอัตราเร็ว 2 10 6 เมตรต่อวินาที มีความไม่แน่นอนเกี่ยวกับอัตราเร็วv เป็น 0.2 10 6 เมตรต่อวินาที(ประมาณ 10 % ของอัตราเร็ว) ความไม่แน่นอนของตำแหน่งของอิเล็กตรอนจะเป็นเท่าใด


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับตำแหน่งของอิเล็กตรอนมีค่าประมาณขนาดของอะตอม ดังนั้นหลักความไม่แน่นอนมีความสำคัญเกี่ยวกับปัญหาในระดับอะตอมและอนุภาค


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

ตัวอย่าง รถยนต์คันหนึ่งมวล 1,000 กิโลกรัม เคลื่อนที่มาด้วยอัตราเร็ว 1 เมตรต่อวินาที ถ้าความไม่แน่นอนเกี่ยวกับอัตราเร็วมีค่าประมาณ 0.1 เมตรต่อวินาที (10% ของอัตราเร็ว) ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับตำแหน่งของรถยนต์จะเป็นเท่าใด


4388609
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับตำแหน่งของรถยนต์มีค่าน้อยมาก จนไม่สามารถวัดได้ เนื่องจากเราไม่มีเครื่องมือใดๆ ที่จะวัดตำแหน่งได้ละเอียดขนาดนั้น ดังนั้นสำหรับวัตถุขนาดใหญ่หลักความไม่แน่นอนจะไม่มีผลแต่อย่างใด


4388609
กลศาสตร์ควอนตัม หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ค.ศ. 1925 นักฟิสิกส์ก็พบวิชา กลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics) ซึ่งเป็นวิชาที่ใช้ศึกษาธรรมชาติในระดับอะตอมได้อย่างถูกต้องสมบูรณ์ อาจจะกล่าวได้ว่า กลศาสตร์ควอนตัมเป็นหัวใจของการศึกษาฟิสิกส์ยุคปัจจุบัน


4388609
กลศาสตร์ควอนตัม หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ชเรอดิงเงอร์ (Erwin Schrodinger) นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียวิเคราะห์ว่า ตามสมมติฐานของเดอบรอยล์นั้น อิเล็กตรอนซึ่งเป็นอนุภาคแต่สามารถประพฤติตัวเสมือนเป็นคลื่นได้ ดังนั้นสมการการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนควรจะคล้ายสมการคลื่น ชเรอดิงเงอร์จึงสร้างสมการคลื่นของอิเล็กตรอนขึ้น โดยแทนอิเล็กตรอนด้วย กลุ่มคลื่น (wave packet) ซึ่งเคลื่อนที่ด้วย ความเร็วกลุ่ม (group velocity) ที่เท่ากับความเร็วของอนุภาค


4388609
กลศาสตร์ควอนตัม หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก

  • ฟังก์ชันคลื่นสำหรับอนุภาค คือ


4388609
กลศาสตร์ควอนตัม หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก


4388609
กลศาสตร์ควอนตัม หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก


4388609
กลศาสตร์ควอนตัม หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก


ad