หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา

1. File : 1_1_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา โครงสร้างและทฤษฏีอะตอม โครงสร้างอะตอมยุคแรก • หนังสืออ่านเพิ่มเติม • John W. Moore, Conrad L.Stanitski, Peter C. Jurs, Chemistry The molecular Science, 2nd , Thomson Brooks/Cole, 2005. • John McMurry, Robert C. Fay, Chemistry, 4th ,Thomson Brooks/Cole, 2004 • รศ.ดร. นภดล ไชยคำ และคณะ เคมี1Top publishing แปลจาก Rymond Chang, Chemistry, McGrawHill • ทบวงมหาวิทยาลัย เคมี 1 แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมของทอมสัน ทฤษฏีอะตอมของดาลตันแบบจำลอง • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด • เริ่มพุด แสดงภาพพื้นหลังเคลื่อนไหว อิเล็กตรอนวิ่งตามเส้นลูกศรไปเรื่อย ๆ • เมื่อพูด “ทั้งสามเรื่อง....” แสดงกรอบหนังสือ ขึ้นมา เรามาศึกษาโครงสร้างและทฤษฏีอะตอมกันก่อนครับ มีสามหัวเรื่องหลักที่เราควรทำความรู้จักกันเสียก่อน นั่นก็คือโครงสร้างอตอมยุคแรก ซึ่งแบ่งรายละเอียดออกเป็น ทฤษฏีอะตอมของดาลตัน แบบจำลองอะตอมของทอมสัน และแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดครับ ทั้งสามเรื่องนี้ นักศึกษาสามารถอ่านเพิ่มเติมได้จากหนังสือต่อไปนี้นะครับ ทีนี้เราไปดูรายละเอียดของแต่ละเรื่อง ในหน้าต่อไปกันดีกว่าครับ

2. File : 1_1_2.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา โครงสร้างและทฤษฏีอะตอม โครงสร้างอะตอมยุคแรก ทฤษฏีแนวคิดเกี่ยวกับอะตอม กล่าวไว้ว่า “สารทั้งปวงมีองค์ประกอบพื้นฐานที่เล็กที่สุด เรียกว่า อะตอม มาจากคำว่า atomos แปลว่าแยกไม่ได้ หรือ แบ่งไม่ได้” Leucippus Democritus Birth:ca. 460BC Death:ca. 370 BC • แสดงภาพคนตรงกับเสียงพูด พร้อมข้อความใต้ภาพ • แสดงข้อความทีเหลือตรงกับเสียงพูด มีคำกล่าวของลิวซิพพุส และดิโมคริตุส ของพวกเขาทั้งสองเกี่ยวกับทฤษฏีแนวคิดเกี่ยวกับอะตอม ว่า สารทั้งปวงมีองค์ประกอบพื้นฐานที่เล็กที่สุดเรียกว่า อะตอม มาจากคำว่า อะตอม แปลว่าแยกไม่ได้ หรือแบ่งไม่ได้

3. File : 1_1_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา โครงสร้างและทฤษฏีอะตอม โครงสร้างอะตอมยุคแรก ทฤษฏีอะตอมของดาลตัน (Dalton’s atomic theory) แนวความคิดของจอห์น ดาลตัน ได้แก่ สสารทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ เรียกว่า อะตอม อะตอมไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำลายได้ John Dalton (นักเคมีชาวอังกฤษ) 1766-1844 มีเนื้อหาต่อเนื่อง ในสไลด์ต่อไป • แสดงภาพคนตรงกับเสียงพูด พร้อมข้อความใต้ภาพ • แสดงข้อความตรงกับเสียงพูด • เมื่อพูด “นอกจากนี้.....” เปลี่ยนข้อความใหม่ (ดูในสไลด์ต่อไป) เรามาดูทฤษฏีอะตอมของดาลตัน โดยจอห์น ดาลตัน เป็นนักเคมีชาวอังกฤษ เป็นผู้ที่เสนอแนวความคิดนี้ครับ เขาได้เสนอแนวคิดไว้ว่าสสารทุกชนิด จะประกอบไปด้วยอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ ที่เราเรียกว่า อะตอม โดยอะตอมนั้นไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำลายได้ครับ นอกจากนี้ ดาลตัน ได้กล่าวถึงธาตุไว้ว่า ธาตุนั้นประกอบด้วยอะตอมเพียงชนิดเดียว อะตอมของธาตุเป็นชนิดเดียวกัน มีสมบัติเหมือนกันทุกประการและต่างจากอะตอมของธาตุชนิดอื่นๆ ส่วนสารประกอบนั้นเกิดจากปฏิกิริยาการรวมตัวของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปในอัตราส่วนที่แน่นอน และในปฏิกิริยาเคมีนั้น อะตอมของสารที่เข้าทำปฏิกิริยาจะมีการจัดเรียงตัวใหม่ครับ

4. File : 1_1_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา โครงสร้างและทฤษฏีอะตอม โครงสร้างอะตอมยุคแรก ทฤษฏีอะตอมของดาลตัน (Dalton’s atomic theory) แนวความคิดของจอห์น ดาลตัน ได้แก่ ธาตุ ประกอบด้วย อะตอมชนิดเดียว อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน มีสมบัติเหมือนกัน ทุกประการและต่างจากอะตอมของธาตุชนิดอื่น ๆ สารประกอบ เกิดจากปฏิกิริยาการรวมตัวของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปในอัตราส่วนที่แน่นอน ในปฏิกิริยาเคมี อะตอมของสารที่เข้าทำปฏิกิริยาจะมีการจัดเรียงตัวใหม่ John Dalton (นักเคมีชาวอังกฤษ) 1766-1844 คลิกดูอะตอมของธาตุ ของดาลตัน • แสดงข้อความทีละข้อ ให้ตรงกับเสียงพูด • เมื่อคลิกปุ่ม แสดง pop up window ปรากฎตาราง เรามาดูทฤษฏีอะตอมของดาลตัน โดยจอห์น ดาลตัน เป็นนักเคมีชาวอังกฤษ เป็นผู้ที่เสนอแนวความคิดนี้ครับ เขาได้เสนอแนวคิดไว้ว่าสสารทุกชนิด จะประกอบไปด้วยอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ ที่เราเรียกว่า อะตอม โดยอะตอมนั้นไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำลายได้ครับ นอกจากนี้ ดาลตัน ได้กล่าวถึงธาตุไว้ว่า ธาตุนั้นประกอบด้วยอะตอมเพียงชนิดเดียว อะตอมของธาตุเป็นชนิดเดียวกัน มีสมบัติเหมือนกันทุกประการและต่างจากอะตอมของธาตุชนิดอื่น ๆ ส่วนสารประกอบนั้นเกิดจากปฏิกิริยาการรวมตัวของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปในอัตราส่วนที่แน่นอน และในปฏิกิริยาเคมีนั้น อะตอมของสารที่เข้าทำปฏิกิริยาจะมีการจัดเรียงตัวใหม่ครับ คลิกตัวอักษร แสดงข้อความ ดังนี้ ดาลตัน และ อะตอมของธาตุ

5. File : 1_2_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา กฎสัดส่วนพหุคูณ (Law of Multiple Proportions) ถ้าธาตุสองธาตุสามารถเกิดสารประกอบได้มากกว่าหนึ่งชนิด อัตราส่วนมวลของธาตุชนิดหนึ่งที่รวมกับธาตุอีกชนิดหนึ่งที่มีมวลคงที่ในสารประกอบที่ต่างกันนั้น จะเป็นเลขสัดส่วนของจำนวนเต็มน้อย ๆ เช่น อัตราส่วนมวลของ O ใน CO และ CO2 เป็น 1:2 เมื่อให้มวลของ C คงที่ 1 2 1 1 = = • เริ่มพูด แสดงข้อความตรงกับเสียงพูด • เมื่อพูด เช่น ปรากฎข้อความ “เช่น....” และภาพด้านล่างเคลื่อนไหว กฎสัดส่วนพหุคูณนั้น ได้กล่าวไว้ว่า ถ้าธาตุสองธาตุสามารถเกิดสารประกอบได้มากกว่าหนึ่งชนิด อัตราส่วนมวลของธาตุชนิดหนึ่งที่รวมกับธาตุอีกชนิดหนึ่งที่มีมวลคงที่ในสารประกอบที่ต่างกันนั้นจะเป็นเลขสัดส่วนของจำนวนเต็มน้อย ๆ เช่น อัตราส่วนมวลของ O ใน CO และ CO2 เป็น หนึ่งต่อสอง เมื่อให้มวลของ C คงที่

6. File : 1_3_2.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา กฎการอนุรักษ์มวล (Law of Conservation of Mass) ทฤษฏีอะตอมของดาลตันได้สร้างความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับธาตุ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาพัฒนาความรู้ทางเคมีเป็นอย่างมาก แม้ว่าทฤษฏีอะตอมของดาลตันจะไม่ถูกต้องก็ตาม เช่น อะตอม สามารถแยกเป็น อิเลคตรอน โปรตอน และ นิวตรอนได้ จึงไม่ได้เป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด และอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน อาจจะมีหลายไอโซโทป ทำให้ธาตุชนิดเดียวกัน มีสมบัติที่แตกต่างกันได้ • แสดงภาพพื้นหลังเคลื่อนไหวขณะเสียงพูด • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด ทฤษฏีอะตอมของดาลตันนั้นได้สร้างความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับธาตุ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาพัฒนาความรู้ทางเคมีในยุคนั้นเป็นอย่างมาก แม้ว่าทฤษฏีอะตอมของดาลตันจะไม่ถูกต้องก็ตาม เช่น อะตอม สามารถแยกเป็น อิเลคตรอน โปรตอน และ นิวตรอนได้ จึงไม่ได้เป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน อาจจะมีหลายไอโซโทป ทำให้ธาตุชนิดเดียวกัน มีสมบัติที่แตกต่างกันได้

7. File : 1_1_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา โครงสร้างและทฤษฏีอะตอม โครงสร้างอะตอมยุคแรก ทฤษฏีอะตอมของดาลตัน (Dalton’s atomic theory) จริง เท็จ ธาตุ (element) ประกอบด้วย อนุภาคขนาดเล็กมากเรียกว่า อะตอม อะตอมของธาตุหนึ่งๆ จะมีลักษณะต่างกัน แต่มีขนาดและมวลเท่ากัน และมีสมบัติทางเคมีเหมือนกัน อะตอมของธาตุหนึ่งๆ จะไม่แตกต่างจากอะตอมของธาตุอื่นๆ มากนัก       เลือกคำตอบที่ถูกต้องที่สุด • เริ่มพูด แสดงข้อความ • เมื่อเลือกคำตอบใด แสดง feedback เป็น pop up ทันที • เฉลย: จริง / เท็จ / เท็จ เอาละครับ จากแนวคิดของดาลตันเมื่อสักครู่ นักศึกษาลองดูซิครับว่า ประโยคใดจริง และประโยคใดเท็จครับ กรณีตอบผิด แสดงข้อความ ดังนี้ กรณีตอบถูก แสดงข้อความ ดังนี้ ถูกต้องครับ

8. File : 1_1_4.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา โครงสร้างและทฤษฏีอะตอม โครงสร้างอะตอมยุคแรก ทฤษฏีอะตอมของดาลตัน (Dalton’s atomic theory) จริง เท็จ สารประกอบ (compounds) ประกอบด้วยอะตอมของธาตุเพียงหนึ่งชนิดเดียว โดยมีอัตราส่วนของจำนวนอะตอมของธาตุคงที่เสมอ ปฏิกิริยาเคมี เกิดจากการจัดเรียงตัวใหม่ของอะตอม โดยอะตอมไม่ได้ถูกสร้างขึ้นใหม่หรือถูกทำลายลง     เลือกคำตอบที่ถูกต้องที่สุด • เริ่มพูด แสดงข้อความ • เมื่อเลือกคำตอบใด แสดง feedback เป็น pop up ทันที • เฉลย: เท็จ / จริง ไม่มีเสียงบรรยาย กรณีตอบผิด แสดงข้อความ ดังนี้ กรณีตอบถูก แสดงข้อความ ดังนี้ ถูกต้องครับ

9. File : 1_3_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การค้นพบโครงสร้างอะตอมของทอมสัน การทดลองผ่านกระแสไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าลบ cathode และขั้วไฟฟ้าบวก anode คลิกภาพเครื่องมือเพื่อขยาย หรือเลือกการทดลองที่ต้องการศึกษา J.J. Thomson 1856-1940 m/e = -1.76 x 108 C/g • เริ่มพูด แสดงข้อความ และภาพด้านบน • เมื่อคลิกภาพใด แสดงภาพคลื่อนไหวพร้อมเสียงพูด สำหรับกฎการอนุรักษ์มวลนี้ เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน ได้พิสูจน์พบอนุภาคลบ โดยทำการทดลองผ่านกระแสไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าลบ แคโทดและขั้วไฟฟ้าบวก แอโนดนักศึกษาเลือกคลิกการทดลอง แล้วสังเกตผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองซิครับ เมื่อคลิก กรณีหลอดสูญญากาศ แสดงภาพเคลื่อนไหวพร้อมเสียงพูด ดังนี้ กรณีทดลองผ่านกระแสไฟฟ้าในหลอดสุญญากาศ จะเกิดการเรืองแสงของรังสีแคโธดที่จุดเรืองแสงบริเวณขั้วบวก เมื่อคลิก กรณีรังสีผ่านสนามไฟฟ้า แสดงภาพเคลื่อนไหวพร้อมเสียงพูด ดังนี้ กรณีทดลองผ่านกระแสไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าลบ cathode และขั้วไฟฟ้าบวก anode ในหลอดสุญญากาศแล้วเกิดการเรืองแสง เรียกว่ารังสีแคโธด cathode ray ที่จุดเรืองแสงบริเวณขั้วบวก และเมื่อรังสีผ่านสนามไฟฟ้าพบว่าจุดเรืองแสงอยู่ในตำแหน่งที่เบนเข้าสนามไฟฟ้าบวก เมื่อคลิกภาพเครื่องมือ แสดงภาพขยาย ดังนี้

10. File : 1_1_4.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา โครงสร้างและทฤษฏีอะตอม โครงสร้างอะตอมยุคแรก แบบจำลองอะตอมของทอมสัน (Thomson’s Model of Atom) • อะตอมเป็นทรงกลม ประกอบด้วย อิเล็คตรอน มีน้ำหนักเบาและโปรตอนมีน้ำหนักมากกว่า • อนุภาคทั้งสองอยูกระจัดกระจายทั่วบริเวณอะตอมอย่างสม่ำเสมอ • อนุภาคเหล่านั้น อยู่ในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้า และมีจำนวนประจุบวกเท่ากับประจุลบ ประจุบวก กระจายอยู่โดยทั่วของทรงกลม • เริ่มพูด ปรากฎภาพขึ้นมา • แสดงข้อความตรงกับเสียงพูด แบบจำลองอะตอมของทอมสัน ชี้ให้เห็นว่าอะตอมเป็นทรงกลมประกอบด้วยอิเล็คตรอนมีน้ำหนักเบาและโปรตอนมีน้ำหนักมากกว่า อนุภาคทั้งสองอยูกระจัดกระจายทั่วบริเวณอะตอมอย่างสม่ำเสมอในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้า และมีจำนวนประจุบวกเท่ากับประจุลบ

11. File : 1_5_2.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การค้นพบโปรตอนและนิวเคลียสของ Rutherford • จากภาพ • รังสี 3 ชนิด ที่ปลดปล่อย ออกจากสารกัมมันตรภาพรังสี • จากการทดลองของโกลด์สไตน์ พบว่าอิเล็คตรอนจากการแสไฟฟ้าวิ่งชนกลุ่มอิเล็คตรอนทำให้อะตอมไอออไนซ์ ได้อิเล็คตรอนกับอะตอมของไออนบวก A A+ + e-และจุดเรืองแสงเบนเข้าหาสนามไฟฟ้าลบ • การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด ยืนยันการค้นพบโปรตอนเช่นกันเดียวกัน • สรุปได้ว่า โปรตอนเป็นอนุภาคมูลฐานของธาตุทุกชนิดเช่นเดียวกับอิเล็คตรอน • แสดงภาพเคลื่อนไหวขณะเสียงพูด (ให้เคลื่อนไหวตรงกับข้อความ bullet ที่ 2) • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด จากภาพจะพบว่า มี รังสี 3 ชนิด ที่ปลดปล่อยออกจากสารกัมมันตรภาพรังสีสารกัมมันตภาพรังสี เมื่อเปล่งรังสีออกมาและผ่านสนามไฟฟ้าจะส่งผลให้รังสีที่มีประจุทางไฟฟ้าที่ต่างกันเกิดการแยกอย่างชัดเจน โดยจะเปล่งแสงที่ตำแหน่งที่ต่างกันบนฉากเรืองแสง โดย อนุภาค เบต้า ซึ่งมีประจุทางไฟฟ้าเป็นลบ จะเบนเข้าหาขั้วบวก จึงตรวจพบตำแหน่งของรังสีดังกล่าวในตำแหน่งล่าง ซึ่งต่างจากอนุภาค แอลฟ่า ที่เป็นอนุภาคบวกโดยจะตรวจพบที่ตำเหน่งด้านบน และกรณีของ แกมม่าที่มี่ความเป็นกลางทางไฟฟ้าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งไปจากเดิม นอกจากนี้ โกลด์สไตน์ ได้สังเกตพบว่ารังสีแอโนด จากการดัดแปลงของทอมสัน เมื่ออิเล็คตรอนจากการแสไฟฟ้าวิ่งชนกลุ่มอิเล็คตรอนทำให้อะตอมไอออไนซ์ ได้อิเล็คตรอนกับอะตอมของไออน บวก เมื่อเจาะรูขั้วแคโทดปรากฏว่ามีจุดเรืองแสงที่ฉากหลังของแคโทด เมื่อรังสีผ่านสนามไฟฟ้า จุดเรืองแสงนั้นเบนเข้าหาสนามไฟฟ้าลบ ซึ่งการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดในภายหลังได้ยืนยันการค้นพบโปรตอนเช่นกันเดียวกัน ดังนั้นสรุปได้ว่า โปรตอนเป็นอนุภาคมูลฐานของธาตุทุกชนิดเช่นเดียวกับ อิเล็คตรอนครับ

12. File : 1_5_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การค้นพบโปรตอนและนิวเคลียสของ Rutherford Ernest Rutherford อีอาร์ รัทเธอร์ฟอร์ด ศึกษาการกระเจิงรังสีแอลฟ่าจากการทดลอง พบว่ารังสีส่วนใหญ่ทะลุผ่านและเพียงส่วนน้อยที่เบี่ยงเบน มีบางส่วนที่เกิดการสะท้อนกลับ ดังนั้น แบบจำลองอะตอมของดาลตัน และทอมสัน จึงถูกหักล้างไปเมื่อไม่สามารถอธิบายผลการทดลองที่เกิดขึ้นได้ • แสดงภาพเคลื่อนไหวขณะเสียงพูด • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด อีอาร์ รัทเธอร์ฟอร์ด ศึกษาการกระเจิงรังสีแอลฟ่า โดยการระดมยิงรังสีแอลฟ่า ซึ่งเป็นอนุภาคบวก ผ่านแผ่นทองคำที่บางมากๆ แล้วสังเกตจุดเรืองแสงบนฉาก และบันทึกมุมของรังสีแอลฟ่าที่เบี่ยงเบนไป ในตอนแรกเขาคาดว่าอนุภาคอัลฟ่าจะถูกดูดกลืนเกือบทั้งหมด มีสะท้อนกลับและเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อย การทดลองของรัทเธอร์ฟอร์ดครั้งนี้พบว่า รังสีส่วนใหญ่ทะลุผ่านและเพียงส่วนน้อยที่เบี่ยงเบน มีบางส่วนที่เกิดการสะท้อนกลับ ดังนั้นแบบจำลองอะตอมของดาลตัน และทอมสัน จึงถูกหักล้างไปเมื่อไม่สามารถอธิบายผลการทดลองที่เกิดขึ้นได้

13. File : 1_5_4.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การค้นพบโปรตอนและนิวเคลียสของ Rutherford การค้นพบโปรตอนและนิวเคลียสของ Rutherford (1908 Nobel Prize in Chemistry) • ประจุบวกในอะตอมจะอยู่บริเวณใจกลางนิวเคลียส • โปรตอน (p) จะมีประจุ (+) ตรงข้ามกับของอิเลกตรอน (-) • มวลของโปรตอนเป็น 1840 เท่าของ e- (1.67 x 10-24 g) • แสดงภาพเคลื่อนไหวขณะเสียงพูด • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด จากากรศึกษาของรัทเทอร์ฟอร์ด โดยการทดลองยิงอนุภาค แอลฟ่า ที่เป็นอนุภาคบวก ผ่าน แผ่นทองคำที่บางมากๆ ในลักษณะที่คาดว่าอนุภาคของทองคำจะเรี่ยงกันเป็นอนุภาคเดียว จกาการทดลองพบว่า รังสี แอลฟ่าส่วนใหญ่ทะลุผ่าน แต่มีบางส่วนสะท้อนและหักเห เบี่ยงเบน จากผลดั้งกล่าวทำให้พบว่า อนุภาคที่เป็นบวก เมื่อผ่านพื้นที่ว่าส่วนใหญ่ และ วิ่งชนอิเล็กตรอน ก็จะส่งผลให้รังสีดังกล่าว ผ่านไปได้โดยง่าย จึงพบว่า อนุภาคส่วนใหญ่ผ่านไปโดยง่าย แต่มี บางส่วนที่สะท้อนกลับและหักเหนั้นเกิดจากการที่อนุภาคบวก แอลฟ่า วิ่งไปชน อนุภาคชนิดเดียวกัน จึงเกิดแรงผลักซึ่งแรงดังกล่าว ทำให้ทฤษฏีอะตอม ถูกนำเสนอใหม่ โดย ตามการทดลอง ของรัทเทอร์ฟอร์ดและนำแสนอว่า อะตอมประกอบดว้ย อนุภาค ที่เป็นประจุลบวิ่งโดยรอบของพื้นที่ส่วนใหญ๋ แต่จะมี อนุภาคที่เป็นบวก รวมอยู่บริเวณจุดเล็กๆ ที่กลึ่งกลางอะตอม โดยอนุภาคทั้งสองชนิดมีปริมาณเท่ากัน จึงทำให้อะตอมของธาตุมีความเป็นกลางทางไฟฟ้

14. File : 1_1_5.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา โครงสร้างและทฤษฏีอะตอม โครงสร้างอะตอมยุคแรก แบบจำลองอะตอมของ Rutherford • อะตอม เป็นทรงกลม เนื้อที่ส่วนใหญ่เป็นช่องว่างโดยอนุภาคทั้งหมดอยู่รวมกันเป็นกลุ่มเล็กๆ มีนิวเคลียสอยู่ตรงกลาง มีอิเล็คตรอนโคจรล้อมรอบอยู่ • และมีจำนวนอิเล็คตรอนเท่ากับโปรตอน นั่นคือ อนุภาคบวกในนิวเคลียส รัศมีอะตอม (atomic radius) ~ 100 pm = 1 x 10-10 m รัศมีนิวเคลียส (nuclear radius) ~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m • เริ่มพูด ปรากฎภาพขึ้นมาพร้อมข้อความสีแดงเข้ม • แสดงข้อความตรงกับเสียงพูด แบบจำลองอะตอมของ Rutherford เป็นอีกแบบจำลองหนึ่งครับ ที่บอกรัศมีของอะตอมและนิวเคลียส และชี้ให้เห็นว่าอะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม โดยเนื้อที่ส่วนใหญ่เป็นช่องว่าง โดยที่อนุภาคทั้งหมดกระจุกรวมกันอยู่เป็นกลุ่มเล็กๆ และอยู่ตรงกลาง เรียกว่านิวเคลียส และมีอิเล็คตรอนวิ่งโคจรอยู่เป็นวงล้อมรอบ รวมทั้งมีจำนวนอิเล็คตรอนเท่ากับโปรตอน ซึ่งก็คือ อนุภาคบวกในนิวเคลียสนั่นเองครับ

15. File : 1_4_2.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การวัดประจุต่อมวลของอิเลกตรอน โรเบิร์ต มิลลิแกน หาประจุของอิเล็คตรอน โดยวัดค่าสนามไฟฟ้า ที่ทำให้แรงดึงดูดระหว่างประจุ (แรงคูลอมบ์) บนละอองน้ำมัน เท่ากับค่าแรงโน้มถ่วงของโลก จากการทดลองซ้ำหลายๆ ครั้งพบว่า ค่าประจุบนละอองน้ำ มีค่าเป็นจำนวนเท่าของค่า 1.602 x 10-19 C สันนิษฐานว่า เป็นประจุของอิเลคตรอน มิลลิแกน หามวลของอิเล็คตรอน โดยนำค่าจาก e/m e/m = 1.75882 x 108 C/g จาก e = 1.602 x 10-19 C m = e/(1.75882 x 108 C/g) m = (1.602 x 10-19 C)/(1.75882 x 108 C/g) m = 9.109 x 10-31 kg Robert Andrews Millikan • เริ่มพูด แสดงภาพ • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด • พูดจบ แสดงข้อความที่เหลือไล่ลงมา • เมื่อพูดจบ เปลี่ยนหน้าใหม่รูปคงเดิม (ดูในสไลด์ต่อไป) นอกจากนี้ ยังมีอีกนักเคมีอีกท่าน คือ โรเบิร์ต มิลลิแกน ได้หาประจุของอิเล็คตรอน โดยวัดค่าสนามไฟฟ้าที่ทำให้แรงดึงดูดระหว่างประจุ หรือแรงคูลอมบ์บนละอองน้ำมันเท่ากับค่าแรงโน้มถ่วงของโลก ซึ่งมิลลิแกนได้ทำการทดลองซ้ำหลายๆ ครั้ง พบว่า ค่าประจุบนละอองน้ำนั้น มีค่าเป็นจำนวนเท่าของค่า 1.602 x 10-19 C ซึ่งมิลลิแกนสันนิษฐานว่าเป็นประจุของอิเลคตรอน จากนั้นมิลลิแกนได้ทำการหามวลของอิเล็คตรอน ดูการคำนวณจากหน้าจอค่ะ

16. File : 1_4_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การวัดประจุต่อมวลของอิเลกตรอน การวัดประจุต่อมวลของอิเลกตรอน โดย J.J. Thomson (1906 Nobel Prize in Physics) ประจุต่อมวลของอิเลกตรอน = -1.76 x 108 C/g ผลสรุปที่ได้ คือ อิเล็คตรอนเป็นอนุภาคมูลฐานที่อยู่ในอะตอมของธาตุทุกชนิด Robert Andrews Millikan • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด เรามาดูการวัดประจุต่อมวลของอิเลกตรอน ซึ่งวิธีนี้ทอมสันได้พยายามหามวลของอิเล็คตรอน โดยวัดพลังงานที่ทำให้รังสีแคโธดเบนออก ทำให้ได้ข้อสรุปว่า อิเล็คตรอนเป็นอนุภาคมูลฐานที่อยู่ในอะตอมของธาตุทุกชนิดครับ

17. File : 1_4_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การวัดประจุต่อมวลของอิเลกตรอน การหาประจุของอิเลกตรอน โดย Millikan คลิกเลือกภาพการทดลองที่ต้องการศึกษา เมื่อพ่นละอองน้ำมันให้เป็นฝอยและมีขนาดเล็กมากเข้าไปในเครื่องและละอองดังกล่าวผ่านรูเล็กที่ตรงกลาง ห้อง จะพบว่า ละอองดังกล่าวจะตกลงสู่ห้องล่างด้วยแรงโน้มถ่วงโลก แต่เมื่อผ่านค่าความต่างศักย์ ระหว่างแผ่นขั้วสีแดงทั้งคู่พบว่าแรงทางไฟฟ้าดังกล่าวจะดึงในทิศทางที่ตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วงโลก และเมื่อแรงทั้งคู่มีค่าเท่ากัน จะส่งผลให้อนุภาคเล็กๆของน้ำมันนั้นหยุดนิ่งซึ่งจะตรวจเจอโดยมองผ่านกล้องที่อยู่ด้านข้าง และแรงที่เท่ากันนี้ จะทำให้สามารถคำนวนนค่า มวล ซึ่งได้จากแรงดึงดูดโลก และค่า ปะรจุ ที่ได้จากแรงทางไฟฟ้า ทำให้ทราบค่ ประจุต่อมวลได้ • แสดงภาพเคลื่อนไหวขณะเสียงพูด • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด • พูดจบ แสดงข้อความที่เหลือไล่ลงมา เมื่อคลิกภาพดำ แสดงภาพเคลื่อนไหวพร้อมเสียงพูด ดังนี้ เมื่อคลิกภาพขาว แสดงภาพเคลื่อนไหวพร้อมเสียงพูด และข้อความ ดังนี้ • จุดแดงทยอยฟุ้งออกมา ประจุของอิเลกตรอน = -1.60 x 10-19 C ประจุต่อมวลของอิเลกตรอน = -1.76 x 108 C/g มวลของอิเลกตรอน = 9.10 x 10-28 g

18. File : 1_5_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การค้นพบโปรตอนและนิวเคลียสของ Rutherford การค้นพบโปรตอน • ผลจากการพบอิเล็คตรอน แสดงว่าต้องมีอนุภาคอื่น คือ โปรตอน • เนื่องจากอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า จะต้องมีอนุภาคบวก เพื่อสะเทินประจุอิเล็คตรอนมีน้ำหนักเบามาก • มวลประมาณ 1800 เท่าของมวลอะตอมของธาตุที่เบาที่สุด • me = 9.109 x10-31 kg • mH = 1.673 x10-27 kg • แสดงภาพเคลื่อนไหวขณะเสียงพูด • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด มีการค้นพลโปรตอน ซึ่งเป็นผลจากการพบอิเล็คตรอน แสดงว่าต้องมีอนุภาคอื่น นั่นก็คือ โปรตอนครับ เนื่องจากอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า จะต้องมีอนุภาคบวกเพื่อสะเทินประจุอิเล็คตรอนมีน้ำหนักเบามาก ซึ่งมีมวลประมาณ 1800 เท่าของมวลอะตอมของธาตุที่เบาที่สุด

19. File : 1_5_5.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การค้นพบโปรตอนและนิวเคลียสของ Rutherford จากข้อมูลทางแมสสเปกโตรกราฟ แสดงผลรวมของมวลของโปรตอนและอิเล็คตรอนของธาตุแทบทุกชนิดจะมีค่าน้อยกว่ามวลอะตอมเสมอ ยกเว้นกรณีของ ไฮโดรเจน เช่น มวลของฮีเลียม = 4.0026 am ฮีเลียม ประกอบด้วย 2 อิเล็คตรอน (มีค่าน้อยมาก) และ 2 โปรตอน น่าจะเป็นมวลของโปรตอน แต่ในความเป็นจริงค่าทั้งสองไม่เท่ากัน และมีมวลที่ขาดหายไป ดังนั้น รัทเธอร์ฟอร์ด และฮาร์กินส์ได้ตั้งสมมุติฐานของการมีอนุภาคที่ไม่มีประจุ เรียกว่า นิวตรอน (แต่ในระยะนั้นยังไม่มีการทดลองสนับสนุน) • แสดงภาพเน้นที่คู่สีส้ม สลับกับคู่สีดำ ขณะเสียงพูด • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด เนื่องจากข้อมูลทางแมสสเปกโตรกราฟ แสดงผลรวมของมวลของโปรตอนและอิเล็คตรอนของธาตุแทบทุกชนิดจะมีค่าน้อยกว่ามวลอะตอมเสมอ ยกเว้นกรณีของไฮโดรเจนนะครับ ตัวอย่างเช่น มวลของฮีเลียม เท่ากับ 4.0026 เอเอ็มยู โดยที่ฮีเลียมนั้น ประกอบด้วย 2 อิเล็คตรอน และ 2 โปรตอน ซึ่งน่าจะเป็นมวลของโปรตอน แต่ในความเป็นจริงแล้ว ค่าทั้งสองไม่เท่ากัน และมีมวลที่ขาดหายไป ดังนั้น รัทเธอร์ฟอร์ด และฮาร์กินส์ได้ตั้งสมมุติฐานของการมีอนุภาคที่ไม่มีประจุ ซึ่งเรียกว่า นิวตรอน แต่ในระยะนั้นยังไม่มีการทดลองสนับสนุน

20. File : 1_5_6.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การค้นพบโปรตอนและนิวเคลียสของ Rutherford การทดลองของ Chadwick H อะตอมมี 1 p; He อะตอม มี 2 p มวลของ He/ มวลของ H ควร = 2 มวลของ He/ มวลของ H ที่หาได้ = 4 นิวตรอน (n) มีประจุเป็นกลาง (0) มวลของนิวตรอน ~ มวลของโปรตรอน = 1.67 x 10-24 g a + 9Be 1n + 12C + energy Sir James Chadwick (1932) เซอร์เจมส์ แชดวิค ค้นพบอนุภาคใหม่ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า และมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน เรียกว่า นิวตรอน (neutron)การค้นพบนี้ ทำให้แบบจำลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ดสมบูรณ์มากยิ่งขึ้น • เริ่มพูดแสดงภาพ • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด • เมื่อคลิกปุ่ม แสดง pop up window ปรากฎตาราง มาดูการทดลองของเซอร์เจมส์ แชดวิค เขาได้พบอนุภาคใหม่ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า และมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอนเรียกว่า นิวตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่อยู่ในนิวเคียส เช่นเดียวกับโปรตอน จากการค้นพบดังกล่าวทำให้แบบจำลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ดสมบูรณ์มากยิ่งขึ้น คลิกดูตารางเปรียบเทียบอนุภาค ที่เล็กกว่าอะตอม เมื่อคลิกปุ่ม แสดงตาราง ดังนี้ อนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม (subatomic particles) มวลของ p = มวลของ n = 1840 x มวลของ e-

21. A X Z 3 2 1 H (D) H (T) H 1 1 1 238 235 U U 92 92 File : 1_5_7.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา ไอโซโทป เลขอะตอม (Z) = จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส เลขมวล (A) = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน = เลขอะตอม (Z) + จำนวนนิวตรอน ไอโซโทป คือ อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน (X) แต่มีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสที่แตกต่างกัน เลขอะตอม สัญลักษณ์ของธาตุ จากการศึกษาที่ผ่านมาทำให้เห็นภาพและทราบว่าแบบจำลองอะตอมมีรูปร่างหน้าตาเป็นเช่นไรแล้ว ในส่วนต่อไปนี้จะนำเสนเรืองราวที่ลึกลงไปในแต่ละอะตอมต่อไปนี้ จากที่เราทราบว่า อะตอมที่มีความเป็นกลางทางไฟฟ้ นั้นจะมีอนุภาคลบซึ่งคืออิเล็คตรอนเท่ากับอนุภาคบวกซึ่งคือ โปรตอน แต่ยิ่งไปกว่านั้น อะตอมก็ยังมัอนุภาคอีกชนิดที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ด้วย นั้นคือ นิวตรอน อนุภาคดังกล่าว จะรวมอยู่กับโปรตอน ที่นิวเคลียนส ทำให้อะตอม แต่ละชนิดมีมวลที่แตกต่างกัน เกิดจากากรรวมมวลของ อิเล็คตอรน โปรตอน และ นิวตรอน ความแตกต่าง ทั้งจำนวน โปรตอน อิเล็คตอรน ทกให้ธาตุแต่ละชนิดมีความแนตกต่างกัน แต่ในบางกรณี ถึงแม้ว่าจะเป็นธาตุชนิดเดียวกัน มี จำนวน อิเลคตรอนและโปรตอนเท่ากัน แต่ก็จะมีความแตกต่างกัน ได้ ซึ่งความแตกต่างดังกล่าว คือ ควาวมแตกต่างของจำนวน นิวตรอน ที่นิวเคลียนส เราเรียกว่า ไอโซโทป หรือ ถ้าจะให้จำอย่างง่ายๆ มันคือ ไอโซ ที่แปรว่า เท่ากัน และโทป ที่มีรากศัพท์ มาจาก โปรตอน จึงแปรรวมได้ว่า มีจำนวน โปรตอนเท่ากัน ซึ่งคือธาตุชนิดเดียวกัน แต่ความแตกต่างที่เป็นไปได้ คือ มีจำนวน นิวตรอนแตกต่างกัน ดังแสดงในตัวอย่าง ของ ไฮโดรเจน ดิวที่เรียม และ ทริเตรียม ทีมีจะนวน นิวตรอน ที่แตต่างกันดังแสดงเป็นลูกกลมๆ สีเขียว • แสดงภาพพื้นหลังเคลื่อนไหวไปเรื่อย ๆ ขณะเสียงพูด • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด • เมื่อคลิกปุ่ม แสดงภาพ คลิกภาพแสดง isotope ของ hydrogen

22. 11 C 6 File : 1_5_8.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา ไอโซโทป การหาจำนวน subatomic particles ในไอโซโทป 14 มีโปรตอน นิวตรอน และอิเลกตรอนเท่าไร ? C 6 6 โปรตอน, 8 (14 - 6) นิวตรอน, 6 อิเลกตรอน มีโปรตอน นิวตรอน และอิเลกตรอนเท่าไร ? 6 โปรตรอน, 5 (11 - 6) นิวตรอน, 6 อิเลกตรอน • ปรากฎข้อความตรงกันเสียงพูด อนุภาคที่แตกต่างกัน นั้น จะแสดงในสัญลักษณ์ ธาตุ โดย จะสังเกตได้ว่า จะมีเลขที่แสดงทั้งจำนวน โปรตอน หรือเรียกว่า เลขอะตอม ซึ่งเลขดังกล่าวจะมีจำนวนน้อย และจะมีค่าเท่ากันสำหรับแต่ละชนิดธาตุโดยจะแสดงถึงจำนวนอิเลคตรอนที่มีด้วย และเลขที่มีปริมาณมากซึ่งคือ ผลรวมของ โปรตอน และนิวตรอน ซึ่งรียกว่า เลขมวล ตัวอย่างที่แสดงนี้ จะเป็นธาตุชนิดเดียวกัน คือ คาร์บอน จะพบว่า จำนวน โปรตอน มีค่าเท่ากัน คือ หก นั้นคือทั้งสองตัวอย่างเป็น ธาตุคาร์บอนเหมือนกัน แต่ ความต่างกัน อยู่ที่จำนวน นิวตรอน ซึ่งส่งผลให้ เลขมวลต่างกัน นั้น คือ 11 และ 14 ดังนั้นจึงเห็นได้อย่างชัดเจนว่า อะตอมของธาตุทั้งคู่ต่างเป็นคาร์บอนที่มีนิวตรอน แตกต่างกั ที่เราได้รู้จักกัน ว่า ไอโซโทป อ่านว่า คาร์บอนมวล 14 และ คาร์บอนมวล 11

23. File : 1_7_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น ทฤษฏีพลศาสตร์ไฟฟ้าคลาสสิก (Classical electrodynamics) ทำให้ทราบว่า • อิเล็คตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมจะเปล่งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่ ซึ่งขึ้นกับจำนวนรอบของการหมุนต่อวินาที การเปล่งรังสี เป็นการสูญเสีย พลังงานของสาร • ดังนั้น พลังงานของระบบจะลดลง ในขณะที่จะเกิดความเร่งขึ้น โดย อิเล็คตรอนจะวิ่งเข้าหานิวเคลียส และหยุดนิ่งยุบรวมตัวกันที่ นิวเคลียส John David Jackson • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด จากทฤษฏีพลศาสตร์ไฟฟ้าคลาสสิก ทำให้ทราบว่าอิเล็คตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมจะเปล่งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่ซึ่งขึ้นกับจำนวนรอบของการหมุนต่อวินาที การเปล่งรังสีเป็นการสูญเสียพลังงานของสาร ดังนั้นพลังงานของระบบจะลดลงหมายความว่ารัศมีของวงโคจรน่าจะลดลงในขณะที่จะเกิดความเร่งขึ้น จากทฤษฏีดังกล่าวนี้ น่าจะทำให้มองได้ว่า อิเล็คตรอนจะวิ่งเข้าหานิวเคลียสและในที่สุดก็หยุดนิ่งยุบรวมตัวกันที่นิวเคลียส แต่ในความเป็นจริงไม่ได้เป็นเช่นนั้น และอะตอมมีความเสถียรมากครับ

24. File : 1_7_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น ในปี 1801 Thomas Young นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้อธิบายลักษณะการเคลื่อนที่ของแสงว่าเป็นคลื่น IF LIGHT WAVES ARE IN THE SAMEPHASE, THEY WOULD BE BRIGHTER. IF THEY ARE IN OPPOSITE. PHASES,THEY WOULD CANCEL EACH OTHER Thomas Young • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด โดยในปี 1801 โทมัส ยัง นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้อธิบายถึงลักษณะการเคลื่อนที่ของแสงว่าเป็นคลื่นครับ

25. File : 1_7_2.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น ความยาวคลื่น (Wavelength) (l) : ระยะทางระหว่างยอดคลื่นที่ต่อเนื่องกัน l แอมปลิจูด (Amplitude) : ระยะทางแนวตั้งจากเส้นกึ่งกลางของคลื่นถึงยอดคลื่น • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด • เริ่มพุด แสดงกราฟพร้อมเส้นและลูกศรตามเสียง เมื่อกล่าวถึงคลืนคงเป็นไปไม่ได้ว่าจะไม่อธิบายถึงสมบัติต่างๆ เบืองต้น คลืนจะประกอบด้วย ความยาวคลื่นนั้น คือระยะทางระหว่างยอดคลื่นที่ต่อเนื่องกัน ส่วนแอมปลิจูด เป็นระยะทางแนวตั้งจากเส้นกึ่งกลางของคลื่นถึงยอดคลื่น ดังแสดงในช่วงความยาวของเส้นสีแดง ตามแนวนอน และแอมปลิจูดจะแสดงเป็นความกว้างในแนวตั้งดังแสดงในภาพ

26. File : 1_7_2.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น ความถี่ (Frequency) (n) : เป็นจำนวนของคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดๆ หนึ่งในเวลา 1 วินาที (Hz = 1 cycle/s). ความเร็ว (u) ของคลื่น= l x n v = f l • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด ค่าความถี่ก็เป็นอีกค่าที่เป็นสมบัติที่สำคัญของคลื่น ซึ่ง ความถี่คือ จำนวน คลืนที่เคลื่อนที่ผ่านไปในช่วงเวลาหนึ่ง จากภาพ จะเห็นว่า คลื่นสีเขียว มีจำนวน 16 ลูกคลืน ในระยะทางดังกล่าว หรืออาจจะกล่าวได้ว่า ที่ระยะเวลาในการเคลือนทีไปของคลืนดังกล่าว นจะมีคลืนทั้งหมด 16 ลูกคลืน ค่าความถี่สามารถหาได้จากสัดส่วนของ ความเร็วของคลื่นนั้น ต่อ ความยาวคลื่น

27. File : 1_7_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น ในปี 1873 ทฤษฏีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ กล่าวว่า แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยถือว่า แสงประกอบด้วยสนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กที่สั่นสะเทือนในทิศทางที่ตั้งฉากซึ่งกันและกัน และตั้งฉากกับทิศทางของการเคลื่อนที่ของแสง ดังนั้น แสงจะขึ้นอยู่กับความกว้างของช่วงคลื่น amplitude ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้านั้น J.C. Maxwell • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด ในปี 1873 ทฤษฏีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ ได้กล่าวว่า แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นที่ยอมรับกันทั่วไปของนักวิทยาศาสตร์ โดยถือว่าแสงประกอบ ด้วยสนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กที่สั่นสะเทือนในทิศทางที่ตั้งฉากซึ่งกันและกัน และตั้งฉากกับทิศทางของการเคลื่อนที่ของแสง โดยจากทฤษฏีนี้พลังงานของแสงนั้นจะขึ้นอยู่กับความกว้างของช่วงคลื่น amplitude ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้านั้น ครับ

28. source File : 1_7_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น Maxwell (1873) เป็นผู้เสนอว่าแสงที่มองเห็นได้ (visible light)เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic waves) การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า(electromagnetic radiation)เป็นการปล่อย (emission) และส่งผ่าน (transmission) พลังงานในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดย .... ความเร็วของแสง (c) ในสูญญากาศ = 3.00 x 108 m/s สำหรับการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า:l x n = c นอกจากนี้ แม็กซ์เววยังเป็นผู้เสนอว่าแสงที่มองเห็นได้ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยการการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเป็นการปล่อย และส่งผ่าน พลังงานในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดย ความเร็วของแสง ในสูญญากาศ เท่ากับ 3.00 x 108 m/s ครับ และนอกจากนี้ช่วงความยาวคลื่นของแสงในช่วงต่างๆ จะมีพลังแตกต่างกันด้วย ซึ่งในปัจจุบันได้นำแสงหรือ คลื่นอิเล็คโตรแมกเนติก มาประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ นักศึกษาสามารถคลิกปุ่มเพื่อศึกษารายละเอียดกันได้เลยนะครับ ดังตัวอย่าง จะพบว่ ใน เอ็กซเรย์ จะมีค่าความถี่สูงซึ่งจะหมายถึงมีพลังงานสูงตามไปด้วย แต่เป็นที่น่าสังเกตว่า ค่าความยาวคลืนจะมีค่า ต่ำ ในขณะที่คลืนวิทยุ จะมีค่าความถี่ต่ำแต่ความยาวคลืน มาก ซึงมีก็จะมีค่าพลังงานต่ำด้วย ดังนั้นพอจะเข้าในเหตุผลที่คุณหมอมักจะวิ่งหนีเราเวลาต้องถ่าย เอ็กซเรย์หรือยังครับ นั้นคือ คุณหมอก็กลัวอรังสี ดังกล่าวด้วย การเอ็กซเรย์บ่อยๆ ไม่ดีนะครับ • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด • เมื่อคลิกปุ่ม แสดงภาพ คลิกดูการประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ เมื่อคลิกปุ่ม แสดงภาพ ดังนี้

29. File : 1_7_4.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น ความยาวคลื่นแสงในช่วงที่สายตามองเห็น (visible light) • แสดงภาพ ตรงกับเสียงพูด จากภาพแสดงก่อนหน้านี้ นักศึกษาคงพบว่า แสงที่ตาราเมองเห็น หรือ ที่เรามักจะเรียกว่า วิซิเบิลไรท์ ทีมีคำแปลตามศัพท์ ว่า แสงที่มองเห็นได้ แสงดังกล่าวจะมีพลังงานอยู่ในช่วง ระหว่าง ไออาร์ และ อัลตราไวโอเล็ต ซึ่งคำว่า อัลตราไวโอเลต มีคำแปลว่าแสงเหนือม่วง สิ่งที่เหนือ ม่วงนั้น คือ พลังงาน ที่เหนือกว่าสีม่วง ในสไลด์นี้ นักศึกษาจะพบว่า สีม่วง มีค่าความยาวคลื่นต่ำ อันจะมีค่าความถี่สูง ซึ่งคือ พลังงานก็สูงตามไปด้วย แสงสีแดงจะมีพลังงานต่ำกว่า ดังน้นเราจึงต้องทางครีมกันแดดเพื่อป้องกัน แสงที่มีพลังงานสูงหรือ อัลตราไวโอเลต อันจะทำรายผิวเราให้หมองคล้ำและเป็นมะเร็งผิวหนังได้

30. l n File : 1_7_4.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น เนื่องจากแสงเป็นคลื่น ดังนั้นอิเล็คตรอนที่เคลื่อนที่จึงมักถูกเรียกว่า โฟตอน จงเปลี่ยนความถี่ของโฟตอน 6.0 x 104 Hz ให้เป็นความยาวคลื่น (nm) และความถี่นี้อยู่ในช่วงแสงที่ตามองเห็น (visible region) หรือไม่? • x n = c • n = ค่าความถึ่ • c = ค่าความเร็วแสง จาก l = c/n l = (3.00 x 108 m/s) / (6.0 x 104 Hz) l = 5.0 x 103 m l = 5.0 x 1012 nm • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด เนื่องจากแสงมีสมบัติเป็นคลื่น และคลื่นก็มีค่า ความถี่ ความยาวคลื่น และค่าความเร็ว เป็นองค์ประกอบ โดยมีควาสัมพันธ์กัน เป็น ความเร็วจะมีค่าเท่ากับ ความถี่ คูณกับ ความยาวคลื่น ตอนนี้เรามาลองหาค่า ความยาวคลืนของอนุภาคโฟตอน ที่มีค่าความถึ่เป็น 6.0 x 104 Hz กันดีกว่าครับ ความเร็วที่ใช้กับอนุภาคดังกล่าวจากผลคูณดังกล่าว ทำให้ อนุภาคโฟตอน หรือ แสงเป็นคลื่นมีค่าความยาวคลื่นเป็น 5.0 x 1012 nm ลองย้อนกลับไปดูข้อมูลก่อนหน้าสิครับว่า อนุภาคโฟตอนที่เราคำนวนนี้ อยู่ในช่วงของแสงที่ตาเรามองเห็นได้หรือเปล่า ใบ้ให้นะครับว่า แสงสีม่วงมีความยาวคลื่น 400 nm และ แสงสีแดงมี่ความยาวคลืน 700 nm

31. File : 1_7_4.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา สมบัติคลื่น จากพลังงานแสงจะขึ้นอยู่กับความกว้างของช่วงคลื่น amplitude ของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ดังนั้น พลังงาน  (E2max + H2max)  ความเข้มแสง เมื่อ Emaxและ Hmaxต่างเป็นช่วงกว้างของคลื่นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตามลำดับ ทฤษฏีนี้บ่งว่าพลังงานของแสงไม่ขึ้นกับความถี่หรือความยาวคลื่นแต่อย่างใด ทฤษฏีคลื่นของแสงใช้อธิบายปรากฏการณ์ การสะท้อน การหักเหและการกระเจิงของแสงได้ดี แต่อธิบายการเปล่งรังสีของวัตถุดำ black body ไม่ได้ ที่มาภาพ : http://www.bbemg.ulg.ac.be/UK/2Basis/emwave.html • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด จากพลังงานแสงจะขึ้นอยู่กับความกว้างของช่วงคลื่น แอมพิจูด ของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ต่างเป็นช่วงกว้างของคลื่นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตามลำดับ ทฤษฏีนี้บ่งว่าพลังงานของแสงไม่ขึ้นกับความถี่หรือความยาวคลื่นแต่อย่างใด ดังนั้นทฤษฏีคลื่นของแสงใช้อธิบายปรากฏการณ์ การสะท้อน การหักเหและการกรเจิงของแสงได้ดี แต่อธิบายการเปล่งรังสีของวัตถุดำ แบล็คบอดี้ ไม่ได้

32. File : 1_9_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การเปล่งแสงของธาตุชนิดต่างๆ • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด จาการเปล่งแสงของธาตุต่างๆ เมื่อให้ความร้อนจะพบว่า จะแสดง แสงสีที่แตกต่างกัน และเมือผ่านแสงสีดังกล่าว สู่ ปริซึมแล้ว พบว่าจะเกิดแสงสีเป็นช่วง ๆ โดยในแต่ละแสงสีที่ตรวจพบนี้ จะ หมายถึงระดับพลังงาน อขงอิเล็คตรอนที่แตกต่างกัน และ แสดงถึงการย้ายระดับชั้นพลังงาน ของอิลเลคตอนที่แตกต่างกัน ด้วย

33. สเปกตรัมการปล่อยแสงของอะตอมไฮโดรเจนสเปกตรัมการปล่อยแสงของอะตอมไฮโดรเจน File : 1_9_3.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การเปล่งแสงของธาตุชนิดต่างๆ • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด แสงสีที่เปล่งออกมาจะอะตอมของไฮโดรเจนเมื่อได้รับคามร้อนจะแสดงออกมาเป็นเส้นเสปรกตรัมดังแสดง ซือสื่อถึงความเป็นไปได้ถึงการเปลี่ยนระดับพลังงาน ต่างกัน ออกไป

34. File : 1_8_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การเปล่งแสงของวัตถุดำ • ในคริสตวรรษที่ 19 ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีความร้อนสรุปได้2ประการ ดังนี้ • หากให้ความร้อนแก่วัตถุมาก วัตถุนั้นจะเปล่งรังสีออกมาในรูปความร้อนและแสง โดยความเข้มของแสงนั้นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของวัตถุ • สี ของรังสีวัตถุเปล่งออกมาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด ในคริสตวรรษที่ 19 ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีความร้อนสรุปได้ 2 ประการ ประการที่ 1 ถ้าให้ความร้อนแก่วัตถุมาก วัตถุนั้นจะเปล่งรังสีออกมา ทั้งในรูปความร้อนและแสง ความเข้มของแสงนั้นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของวัตถุ และประการที่ 2 สี ของรังสีวัตถุเปล่งออกมาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เช่นการให้ความร้อนแก่เหล็กมากขึ้นจะเปลี่ยนเป็นสี แดง ส้ม เหลือง และในทีสุดจะเป็นสีขาว หรือนักศึกษาคงจะเคยเห็นว่าเวลาเราให้ความร้อนแก่วัตถุ จะพบว่า มีแสงสีต่างๆเกิดขึ้น เช่นเราเผาเหล็กจะพบว่าเหล็กเปล่งแสงสี แดง แต่เมื่อให้ความร้อน ต่อไป จะพบว่าเปล่งเป็นแสงสี เหลือง และขาว ลองย้อน นึกกลับไปดูซิครับว่า แสงสีอะไรมีพลังงานมากทีสุด คำตอบคือ สีเหลือง และสี ขาว นั้นคงเป็นที่มาอย่างง่าย ของคำว่า แบล็คบอดี้ เรดิเอชั่น หรือการเปล่งแสงของวัตถุดำ

35. File : 1_8_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การเปล่งแสงของวัตถุดำ ทฤษฏีวัตถุดำในยุคแรกเป็นผลงานของเรย์เลห์ (Rayleigh) จีนส์ (Jeans) เคอร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff)และ วีน (Wien) ซึ่งใช้ทฤษฏีคลาสสิกของฟิสิกส์อธิบาย พิจารณาว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและถูกเปล่งออกมาเนื่องจากการสั่นสะเทือนของวัตถุที่มีประจุคืออิเล็คตรอน เนื่องจากอิเล็คตรอนจะสั่นด้วยความถี่เท่าใดก็ได้ไม่จำกัด ดังนั้นรังสีที่เปล่งออกมาจากวัตถุดำที่ร้อนจึงน่าจะมีค่าความถี่ต่อเนื่อง ที่มาภาพ : http://cseligman.com/text/sun/blackbody.htm • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด ทฤษฏีวัตถุดำนี้ในยุคแรกนั้นเป็นผลงานของเรย์เลห์ จีนส์ เคอร์ชฮอฟฟ์และ วีน ซึ่งใช้ทฤษฏีคลาสสิกของฟิสิกส์ อธิบาย ได้พิจารณาว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและถูกเปล่งออกมาเนื่องจากการสั่นสะเทือนของวัตถุที่มีประจุคืออิเล็คตรอน เนื่องจากอิเล็คตรอนจะสั่นด้วยความถี่เท่าใดก็ได้ไม่จำกัด ดังนั้นรังสีที่เปล่งออกมาจากวัตถุดำที่ร้อนจึงน่าจะมีค่าความถี่ต่อเนื่องแต่จากการคำนวณปรากฏว่าไม่สอดคล้องกับผลการทดลองและไม่สามารถอธิบายได้ว่าเหตุใดวัตถุที่อุณหภูมิหนึ่งๆ จึงเปล่งแสงที่มีความเข้มสูงสุดในความถี่ช่วงนั้นเท่านั้น ครับ

36. File : 1_8_2.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา การเปล่งแสงของวัตถุดำ ทฤษฎีควอนตัม (quantum theory) ของ Planck เมื่อให้ความร้อนแก่ของแข็ง ของแข็งจะปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาจากการทดลองพบว่าพลังงานที่แผ่ออกมาในแต่ละช่วงอุณหภูมิของชิ้นวัตถุขึ้นอยู่กับความถี่คลื่น Planck (1900) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันนี กล่าวว่า พลังงานแสงจะถูกปล่อย (emit) หรือดูดกลืน (absorb)ในหน่วย ควอนตัม (quantum) E = h x n Planck’s constant (h) h = 6.63 x 10-34 J•s Planck • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด • ทำคำว่า ควอนตัมให้เป็น ToolTip เมื่อ roll over ปรากฎข้อความ • หน่วยที่เล็กที่สุดของปริมาณพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกปล่อยหรือดูดกลืน ในปี 1801 โทมัส ยัง นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้อธิบายถึงลักษณะการเคลื่อนที่ของแสงว่าเป็นคลื่น จากการเปล่งแสงหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน นี้จะเห็นได้ชัดว่า จะมีค่าพลังงานเป็นช่วงๆ หรือเป็นจำนวนเท่าของค่าคงที่ของพลังค์ จึงสามารถแสดงความสัมพันธ์ได้เป็น E = h โดย h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ ถ้าจะอธิบายให้ลึกลงคงกล่าวได้ ว่า อนุภาคของแข็งได้รับพลังงาน แล้วทำให้อิเล็คตอน เกิดการสั่นสะเทือนกระโดดขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานทีสูง แต่เป็นสภาวะที่ไม่เสถียร ดังนั้น อะตอมดังกล่วจึงถ่ายเทพลังงานที่สูงนั้นออกมาในรูปของคลืนแม่เหล็กไฟฟ้า เราจึงเห็นเป็นสี ต่างๆ และการคายพลังงานมานี้ พบว่า มีค่าเป็นช่วงๆ นั้น สื่อถึงระดับพลังงานของอิเลคตอรน ที่ไม่เท่ากัน เราจะมาดูในหัวข้อถัดๆไปนะครับ

37. File : 1_9_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา ปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริค light is a particle hn เมื่อให้แสงที่มีความถี่อย่างน้อยค่าหนึ่ง (ความถี่ขีดเริ่ม tresholed-frequency) ตกกระทบพื้นผิวของโลหะบางชนิด พบว่ามีอิเลกตรอนหลุดออกมา และจำนวนโฟตอนที่หลุดออกมา จะขึ้นกับความเข้มแสงปรากฏการณ์นี้ไม่สามารถอธิบายด้วยทฤษฎีคลื่นของแสง KE e- hn = KE + BE • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด เมื่อให้แสงที่มีความถี่อย่างน้อยค่าหนึ่งตกกระทบพื้นผิวของโลหะบางชนิด พบว่ามีอิเลกตรอนหลุดออกมา และจำนวนโฟตอนที่หลุดออกมา จะขึ้นกับความเข้มแสงปรากฏการณ์นี้ไม่สามารถอธิบายด้วยทฤษฎีคลื่นของแสง นอกจากนี้ พลังงานแสงที่ให้เข้าไปบนผิวโลหะนั้น จะทำให้อิเลคตรอนที่ผิวหลุดออกมาและวิ่งด้วยความเร็ว โดย คิดอย่างง่ายๆ จะได้ ว่า พลังงานแสงที่ให้นั้นจะเท่ากับ แรงยึดระหว่างอิเลคตอน และผิวโลหะ รวมกับ ค่าพลังงานกล ที่ใช้ในการเคลือนที่ของอิเลคตรอนดังกล่าว

38. File : 1_9_1.swf หัวเรื่อง : หน้าเนื้อหา ปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริค light is a particle Albert Einstein (1905) ได้เสนอความคิดที่ว่า ลำแสงก็คืออนุภาคที่ไหลออกมาอย่างต่อเนื่อง อนุภาคของแสงนี้เรียกว่า โฟตอน (photon) ดังนั้นแสงจึงมีสมบัติเป็นทั้งคลื่นและอนุภาคในเวลาเดียวกัน Albert Einstein • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด อัลเบริ์ต ไอสไตน์ จึงได้เสนอความคิดที่ว่าลำแสงก็คืออนุภาคที่ไหลออกมาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งอนุภาคของแสงนี้เรียกว่า โฟตอน ดังนั้นแสงจึงมีสมบัติเป็นทั้งคลื่นและอนุภาคในเวลาเดียวกันครับ

39. File : 1_10_1.swf การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเลคตรอน 4 • ชุดที่มีพลังงานต่ำลงไปอีก ได้แก่ ชุด แบรคเกต Brackett และ ฟุนด์Pfund 3 • ชุด Balmerมีค่า DEอยู่ในช่วง 5,332 - 12,186 cm-1ช่วงรังสีอินฟราเรด 2 • ชุด Balmerมีค่า DE อยู่ในช่วง 15,233 -27,420 cm-1ช่วงรังสีอัลตราไวโอเลตและแสงปรกติ • ชุด Lyman มีค่า DEอยู่ในช่วง 82,259 -109,678 cm-1ช่วงรังสอัลตราไวโอเลต 1 • แสดงข้อความ ทีละข้อความตามลำดับหมายเลข • ตรงกับสียงพูด ในการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็คตรอนในแต่ละระดับจะแสดงเส้นสเปกตรัมต่างๆเป็นชุดๆ และค่าความถี่ต่างๆที่คำนวณได้สามารถแสดงเป็นชนิดของคลื่นต่างๆได้ดังนี้ 1.ชุด Lyman 2. ชุด Balmer 3. ชุด Balmer 4. ชุดที่มีพลังงานต่ำลงไปอีก

40. File : 1_10_2.swf การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเลคตรอน จงคำนวณหาความยาวคลื่นของโฟตอน (nm) ซึ่งถูกปล่อยจากอะตอมไฮโดรเจนเมื่อ e- ลดระดับวงโคจรจาก n = 5 สู่ระดับn = 3 1 1 DE = RH ( - ) Ephoton = n2 f i n2 Ephoton = 2.18 x 10-18 J x (1/25 - 1/9) Ephoton = DE = -1.55 x 10-19 J Ephoton = h x c / l l = h x c / Ephoton • = 6.63 x 10-34 (J•s) x 3.00 x 108 (m/s) /1.55 x 10-19J l=1280 nm จากการเปลียนระดับพลังงานของอิเลคตอน จากระดับชั้น ที่ห้า มาสู่ชั้นที่สามจะพบว่า มีการถ่ายเทพลังงานออกมาโดยผลต่างพลังงาน ที่แตกต่างกันนี้ สามารถหาได้ จากสมการดังแสดง และค่าพลังงาน ดังกล่าว สามารถเปลียนเป็นค่าความยาวคลืนได้ ตอนนี้ นักศึกษาพอจะมองภาพออกถึงการเปล่งแสงของวัตถุดำได้หรือยังครับ ว่าเพราะเหตุใดเราจึงเห็นสีที่ต่างกัน นั้น คือ อิเลคตอน มีการเปลียนระดับชันที่ม่ำเท่ากันนั้น เอง • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด

41. File : 1_10_3.swf การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเลคตรอน ทฤษฏีอะตอมของ บอห์รสำหรับไฮโดรเจนอะตอม 1 mevr =n(h/2p) n เลขควอนตัม quantum number E.R. Rutherford Niels Bohr hnrad = DE  2 • ปรากฏรูปบุคคล ให้ตรงตามเสียงพูด • แสดงข้อความ ทีละข้อความตามลำดับหมายเลข • ตรงกับสียงพูด ทฤษฏีอะตอมของ บอห์รสำหรับไฮโดรเจนอะตอม ในปี 1913 นีลส์บอห์รพยายามคิดวิธีอธิบายโครงสร้างอะตอมในทัศนของรัทเทอร์ฟอร์ด เพราะได้รับอิทธิพลจากทฤษฏีใหม่ๆ ในยุคนั้นและนำมาประยุกต์ใช้ร่วมกับทฤษฏีคลาสสิก ก็ได้เสนอแบบจำลองของอะตอมขึ้นโดยตั้งสมมุติฐานได้ดังนี้ 1 การเคลื่อนที่ของอิเล็คตรอนรอบนิวเคลียส มีโมเมนตัมเชิงมุมเป็นจำนวนเท่าของค่าคงที่ เอชส่วน2พาย เมื่อ เอช เป็นค่าคงที่ของ พลังค์ 2เมื่ออิเล็คตรอนเปลี่ยนวงโคจร จะมีการดูดกลืนหรือเปล่งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา

42. File : 1_10_6.swf การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเลคตรอน ทฤษฏีอะตอมของบอห์รสำหรับไฮโดรเจนอะตอม En = - (2p2meZ2e4)(1) h2 n2 meมวลของอิเล็คตรอน= 9.11 x 10-28 g e ประจุของอิเล็คตรอน= 4.8 x 10-10esu Z เลขอะตอมของไฮโดรเจน = 1 h = 1311.65 kJ/mol • แสดงกรอบสีล้อมรอบสมการเมื่อจบคำว่า.....ดังสมการ การหาค่าพลังงานของวงโคจร Enได้ถูกนำเสนอโดย บอห์รโดยใช้กฎทางกลศาสตร์ และไฟฟ้าร่วมกัน ได้ดังสมการ

43. File : 1_10_7.swf การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเลคตรอน ทฤษฏีอะตอมของบอห์รสำหรับไฮโดรเจนอะตอม จงคำนวณหาพลังงานของวงโคจรของอิเล็คตรอน ในไฮโดรเจนอะตอมเมื่อ n = 1 สถานะพื้น และ n = 2 สถานะเร้า และหารัศมีของวงโคจรทั้งสองด้วย และจงหาค่า พลังงานไอออไนเซชัน I.E ของไฮโดรเจนอะตอม En = - (2p2meZ2e4)(1) จากสมการ h2 n2 ได้ค่า E1 = -1312/12 = -1312 kJmol-1 E2 = -1312/22 = -328 kJmol-1 จงคำนวณหาพลังงานของวงโคจรของอิเล็คตรอน ในไฮโดรเจนอะตอมเมื่อ n = 1 สถานะพื้น และ n = 2 สถานะเร้า และหารัศมีของวงโคจรทั้งสองด้วย และจงหาค่า พลังงานไอออไนเซชัน I.E ของไฮโดรเจนอะตอม • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด

44. File : 1_10_4.swf แบบจำลองอะตอมของไฮโดรเจน ทฤษฏีอะตอมของ บอห์รสำหรับไฮโดรเจนอะตอม 2pr = nll = h/mv v = ความเร็วของ e- m = มวลของ e- Louis de Broglie • แสดงกรอบสีล้อมรอบสูตรเมื่อจบคำว่า.....ดังนี้ ในปี ค.ศ.1924 หลุยส์ เดอบรอยล์ ได้เสนอสมมติฐานว่าสารทุกชนิดมีสมบัติความเป็นคลื่นอยู่ในตัวด้วย และสามารถยกตัวอย่างของสารที่แสดงสมบัติเป็นคลื่นที่มีระดับพลังงานเป็นช่วงๆ นั่นคือการสั่นของเชือกที่ปลายทั้ง 2 ข้างไม่เคลื่อนที่ เชือกพวกนี้สามารถสั่นด้วยความถี่บางค่าเท่านั้น ซึ่งอยู่ในลักษณะของ คลื่นนิ่ง ทำไมพลังงานของ อิเล็กตรอน จึงเป็นควอนตัม คำถามนี้แม้แต่ บรอยล์ ก็ไม่สามารถอธิบายได้ ต่อมา เดอบรอยล์ ได้ให้เหตุผลว่าถ้าคลื่นแสงสามารถแสดงสมบัติเป็นอนุภาคได้ ในทางกลับกัน อิเลกตรอนซึ่งเป็นอนุภาคก็ควรแสดงสมบัติของคลื่นได้ โดยสูตรดังนี้

45. File : 1_10_5.swf แบบจำลองอะตอมของไฮโดรเจน ทฤษฏีอะตอมของ บอห์รสำหรับไฮโดรเจนอะตอม หาความยาวคลื่น (nm) ของลูกปิงปองมวล 2.5 กรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 15.6 m/s l = h/mv h in J•s m in kg v in m/s l = 6.63 x 10-34 / (2.5 x 10-3 x 15.6) l = 1.7 x 10-32 m = 1.7 x 10-23 nm เราได้เรียนรู้เรืองความยาวคลืนเดอร์บอร์ย แล้ว คงจะทำนายได้ว่า อนุภาคต่างๆ ที่มีมวลและเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว ต่างก็จะสามารถหาความยาวคลืนได้ ทีนี้เราลองมาหาความยาวคลืนของ ลูกปิงปองซิครับ ง่ายนิดเดียวเพียงแค่แทนค่าลงในสูตรก็ได้ แล้ว • แสดงข้อความ ตรงกับเสียงพูด

46. File : 1_10_8.swf แบบจำลองอะตอมของไฮโดรเจน หลักความไม่แน่นอนของ Heisenberg Dx ความไม่แน่นอนในการวัดตำแหน่งตามแนวแกน x เราจะระบุตำแหน่งของอิเลกตรอนซึ่งมีสมบัติเป็นคลื่นได้หรือไม่อย่างไร? h 4p _ _ > สมการทางคณิตศาสตร์ DxDp Werner Heisenberg DP ความไม่แน่นอนสำหรับค่าโมเมนตัมเชิงเส้นตรง เราจะระบุตำแหน่งของอิเลกตรอนซึ่งมีสมบัติเป็นคลื่นได้หรือไม่อย่างไร? วีเมอร์ ฮีเซนเบริ์ก เป็นผู้ตอบคำถามดังกล่าวโดยกล่าวว่า เราไม่สามารถทราบโมเมนตัม และตำแหน่งของอนุภาคอย่างแน่นอนได้ในขณะเดียวกันและเรียกหลักการนี้ว่า ฮีเซนเบริ์ก อัลเซอเทนรี้ ปริ๊นซิเปิล ซึ่งสามารถเขียนอยู่ในรูปสมการทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้ • แสดงข้อความตรงกับเสียงพูด • แสดงภาพบุคคลเมื่อ พูดถึงชื่อ Werner Heisenberg • แสดง สมการทางคณิตศาสตร์

47. File : 1_10_9.swf แบบจำลองอะตอมของไฮโดรเจน หลักความไม่แน่นอนของ Heisenberg อิเล็คตรอนกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 106 ms-1 สมมุติว่าเราสามารถวัดตำแหน่งที่อยู่ได้อย่างเที่ยงตรงภายใน 0.01 Å หรือประมาณ 1% ของความยาวรัศมีของอะตอมนั้น จงคำนวณความไม่แน่นอนของโมเนตัม ลูกบอลล์หนัก 0.2 kg กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 3 ms-1ถ้าเราสามรถหาตำแหน่งของสารได้โดยใช้แสงสีเขียวช่วย (ความยาวคลื่น 500 nm) จงหาความไม่แน่นอนของโมเนตัมสำหรับลูกบอลล์นี้ด้วย • ปรากฏตัวหนังสือสีแดง พร้อมคำถาม • ปรากฏตัวหนังสือสีน้ำเงิน พร้อมคำถาม เอาละครับ จากแนวคิดของ วีเมอร์ ฮีเซนเบริ์ก เมื่อสักครู่ ให้นักศึกษาหาคำตอบดังต่อไปนี้

48. File : 1_11_1.swf ฟังก์ชันคลื่นของ Schrodinger สมการคลื่นของ Schrodinger • Schrodinger แสดงสมบัติความเป็นอนุภาคและคลื่นของ e-ด้วยเทอมทางคณิตศาสตร์เรียกว่าฟังก์ชันคลื่น (wave function, y) • y2แสดงถึงความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอน ณ ตำแหน่งที่กำหนดซึ่งใช้ในการกำหนดขอบเขตที่จะพบอิเล็กตรอน (orbital) • Schrodinger หาพลังงาน (E) ของอิเล็กตรอนที่แสดงด้วยฟังก์ชันคลื่นหนึ่ง ๆ ได้โดยการแก้สมการทาง calculus ที่เขาคิดขึ้น • สมการ Schrodinger ใช้ได้ดีกับอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนแต่สำหรับอะตอมที่มีอิเล็กตรอนหลายตัวผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นเพียงการประมาณเท่านั้น คลิกที่ภาพ Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger สครอดีเจอร์ แสดงสมบัติความเป็นอนุภาคและคลื่นของอิเล็กตรอน ด้วยเทอมทางคณิตศาสตร์เรียกว่าฟังก์ชันคลื่นแสดงถึงความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอน ณ ตำแหน่งที่กำหนดซึ่งใช้ในการกำหนดขอบเขตที่จะพบอิเล็กตรอน สครอดีเจอร์ หาพลังงาน ของอิเล็กตรอนที่แสดงด้วยฟังก์ชันคลื่นหนึ่ง ๆ ได้โดยการแก้สมการทาง แคลคูลัส ที่เขาคิดขึ้นสมการ สครอดีเจอร์ ใช้ได้ดีกับอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนแต่สำหรับอะตอมที่มีอิเล็กตรอนหลายตัวผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นเพียงการประมาณเท่านั้น • แสดงข้อความตรงกับเสียงพูด • เมื่อคลิกที่ภาพ...แสดงเนื้อหาด้านล่าง ข้อมูลเพิ่มเติม ในส่วนนี้จะขอนำเสนอนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย เกิด พ.ศ. 2430 ถึงแก่กรรม พ.ศ. 2504 ติดอันดับสุดยอดนักฟิสิกส์โลกเท่ากับพอลดิแรก คืออันดับ 8 ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2476 สำหรับผลงานมีบทบาทสำคัญต่อการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม เจ้าของชื่อ “สมการคลื่นชโรดิงเจอร์” ซึ่งเป็นสมการคลื่นควอนตัม มีความสำคัญต่อนักฟิสิกส์ยุคควอนตัม พอๆ กับสมการว่าด้วยการเคลื่อนที่ (F = ma) ของนิวตัน

49. File : 1_11_2.swf ฟังก์ชันคลื่นของ Schrodinger สมการคลื่นของ Schrodinger • Y = fn(n, l, ml, ms) • n คือ principal quantum number • n = 1, 2, 3, 4, …. 1s n = 1 2s n = 2 • n กำหนดระยะห่างของ e- จากนิวเคลียส 3s n = 3 จากการคำนวนที่ซับซ้อน โดยสมการของชโรดิงเจอร์ ทำให้เราได้ข้อสรุปออกมเป็นตัวสัญลักษณ์ ที่สำคัญ 4 ตัวด้วยกัน คือ nคือ เลขควอนตัมหลัก ซึ่งเป็นตัวเลขที่แสดงถึง ระดับชั้นพลังงาน ชั้นต่างๆ ของอิเลคตอน L คือ ค่าควอนตัมเชิงมุม เป็นค่าที่แสดงให้เห็นว่าอิเลคตอนที่เราสนใจนั้นวิ่งในลักษณะใด เช่นวิ่งเป็นทรงกลม จะมีค่า ดังกล่าวเท่ากับ 0 ML เป็นตัวเลขทีแสดงให้เห็นว่าในการวิ่งแต่ละแบบ จะมีระดับพลังงาน ที่แตกต่างกันเท่าสใดบ้าง และ มีรูปแบบอย่างไรบ้าง Ms เป็นตัวเลขทีแสดงว่า อิเลคตอนที่สนใจนั้นวิ่งในลักษณะใด ในรายละเอียดถ้าจะให้ดี ฟังคำอธิบาย และ ฝึกไปพร้อมๆกับอาจารย์ในห้องเรียนดีกว่า นะครับ • แสดงข้อความlสีแดงพร้อมลูกศร

50. File : 1_11_10.swf ฟังก์ชันคลื่นของ Schrodinger ฟังก์ชันคลื่นของ Schrodinger Y = fn(n, l, ml, ms) ฟังก์ชันคลื่นของแต่ละอะตอมจะมีความเฉพาะตัวซึ่งใช้อธิบายความมีอยู่และพลังงานของอิเลกตรอนในอะตอมนั้น ๆ Wolfgang Pauli Pauli exclusion principle กล่าวว่าจะไม่มีอิเลกตรอนใดๆ ในอะตอมที่มีเลขควอนตัมซ้ำกันทั้งสี่ตัว คือ n, L, mlและ ms • แสดงภาพคนตรงกับเสียงพูด