physics atom.ppt

ทฤษฎีอะตอม (Atomic Theory)
• ผู้เสนอคนแรก คือ ดีโมคริตุส (Democritus)
กล่าวว่า สสารทั้งหลายประกอบด ้วยหน่วยที่เล็ก
ที่สุด เรียกว่า อะตอม (Atom) แปลว่า ไม่
สามารถแบ่งแยกได ้

• ผู้คัดค ้านทฤษฎีอะตอมของดีโมคริตุส คือ
อริสโตเติล (Aristotle)
เสนอว่า สสารทุกอย่างแบ่งได ้ไม่มีที่สิ้นสุด
ประกอบด ้วยธาตุแท ้4 อย่าง คือ ดิน น้ำ ลม ไฟ
และไม่มีที่ว่าง

จอห์น ดำลตัน (John Dalton)
สนับสนุนแนวความคิดของ ดีโมคริตุส

Sir William Crookes
รังสีแคโทดเบนในสนามแม่เหล็ก
รังสีแคโทดเดินทาง
เป็นเส ้นตรง

สมบัติรังสีแคโทด
• วัสดุหลายชนิดที่ใช ้ทาแคโทด จะ
ให ้รังสีแคโทดที่มีสมบัติอย่าง
เดียวกัน
• เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก รังสี
แคโทดเดินทางเป็นเส ้นตรง
ออกมาตั้งฉากกับผิวแคโทด
• สนามแม่เหล็กเบนรังสีแคโทดได ้

ใส่สนามไฟฟ้ าระหว่างแผ่นที่ตั้งฉากกับเส้นทางวิ่ง
ของอิเล็กตรอน

เมื่อใส่สนามแม่เหล็กอย่าง
เดียว

qvB
F 
แรงจากสนามแม่เหล็กที่ตั้ง
ฉากคือ
อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็ นส่วนโค้งของวงกลมรัศ
qvB
R
mv

2
BR
v
m
q


เมื่อใส่สนามแม่เหล็กและ
สนามไฟฟ้า
อิเล็กตรอนวิ่งตรง
B
E
v
qvB
qE



ทอมสัน (Sir Joseph John Thomson) นัก
ฟิสิกส์ชาวอังกฤษ
ทดลองพิสูจน์ว่า
o รังสีแคโทดเป็นอนุภาคที่มีประจุลบ (เบี่ยงเบน
ในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าได ้)
o ค่าประจุต่อมวลของรังสีแคโทด (q/m) มีค่า
เท่ากับ 1.76 1011 C/kg
o ค่าประจุต่อมวลของไฮโดรเจนไอออน (q/m) มี
ค่าเท่ากับ
9.57 107 C/kg

ตัวอย่ำง ในการทดลองของ Thomson
เพื่อหาอัตราส่วน ประจุต่อมวล
ของอนุภาครังสีแคโทด โดยใช ้
สนามแม่เหล็กขนาด คือ 1.4  10-3 เท
สลา รัศมีความโค้งของลา
อนุภาครังสีแคโทดจะเท่ากับ 9.13
เซนติเมตร ในการวัดความเร็วของอนุภาค
รังสีแคโทด พบว่า ถ้าต่อแผ่น
โลหะทั้งสองซึ่งมี ระยะห่างกัน 1.0
เซนติเมตรเข้ากับความต่างศักย์

จงให ้เหตุผลที่ทอมสันสรุปว่า
อิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่ง
ของอะตอม
•อัตราส่วนประจุต่อมวลของ
อิเล็กตรอนมากกว่า
อัตราส่วนประจุต่อมวลของ
ไอออนของไฮโดรเจน
ประมาณ 1,800 เท่า และ
ประจุของอิเล็กตรอนกับ
ประจุของไอออนของ
ไฮโดรเจนมีค่าเท่ากัน ดังนั้น

RobertA. Millikan
E
mg
q
mg
qE



• ค่าประจุที่วัดได ้จะมีหลายค่าแต่จะมีค่าเป็น
จานวนเท่าของ
1.6 10-19 คูลอมบ์ แสดงว่าหยดน้ามันรับ
อิเล็กตรอนไม่เท่ากัน
• ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน 1 ตัว มีค่าเท่ากับ -
1.6 10-19 คูลอมบ์
• มวลของอิเล็กตรอน มีค่าเท่ากับ 9.1 10-31
กิโลกรัม

• ตัวอย่ำง ในการทดลองของ Millikan ต้องใช ้
ความ ต่างศักย์ไฟฟ้ าระหว่าง
แผ่นโลหะค่าเท่าใดจึงจะ ทาให้แรง
เนื่องจากสนามไฟฟ้ าที่กระทาต่อ
หยดน้ามันสมดุลกับแรงดึงดูดของโลก
ถ้าหยดน้ามันมีมวล 6.4 10 – 15
กิโลกรัม และ
ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่ม 7 ตัว
ระยะห่างระหว่าง แผ่นโลหะเท่ากับ

แบบจำลองอะตอม
อะตอมเป็นทรงกลม
ตัน อิเล็กตรอนฝัง
รวมกับประจุบวก
ลักษณะคล ้ายผล

Ernest Rutherford
ทาการทดลองโดยยิง
อนุภาคแอลฟา(alpha
particle) ผ่านแผ่นทองคา
บางๆ พบว่าอนุภาค
แอลฟาส่วนใหญ่
เดินทางเป็นเส ้นตรง
ทะลุผ่านแผ่นทองคาไป
โดยไม่เบี่ยงเบน แต่มี

กำรทดลองของ Rutherford

บทสรุปกำรทดลองของ
Rutherford
มวลส่วนใหญ่ของอะตอมรวมกัน
อยู่อย่ำงหนำแน่นในบริเวณที่เป็ น
ปริมำตรน้อยๆ และบริเวณส่วน

• อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสเล็กๆ
ซึ่งเป
็ นมวลทั้งหมดของอะตอมและ
มีประจุบวก โดยมีอิเล็กตรอนโคจร
อยู่รอบนิวเคลียส พื้นที่ส่วนใหญ่
เป
็ นที่ว่าง
แบบจำลองอะตอมของ
Rutherford

ปัญหาของแบบจำลองอะตอมของ
Rutherford
• เหตุใดอิเล็กตรอนที่วิ่งวนรอบ
นิวเคลียสจึงไม่สูญเสียพลังงาน
เนื่องจากตามทฤษฎีคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้า อิเล็กตรอนที่
เคลื่อนที่โดยมีความเร่งจะแผ่คลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้าออกมา เป็นผลให ้
พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนลดลง
ดังนั้นอิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่รอบ

• อะตอมที่มีอิเล็กตรอน
จานวนมากมีการจัดเรียงตัว
ของอิเล็กตรอนอย่างไร
• ประจุไฟฟ้าบวกหลายประจุ
ในนิวเคลียสอยู่รวมกัน
ภายในนิวเคลียสได ้อย่างไร
ทั้งๆที่มีแรงผลักทางไฟฟ้า

แบบจาลองอะตอมของ Bohr
แบบจาลอง
อะตอมของ
ไฮโดรเจนที่มี
โปรตอนเป็น
นิวเคลียสและมี

สมมติฐานของ Bohr
1 ในอะตอมไฮโดรเจนจะมีวงโคจรพิเศษที่
อิเล็กตรอนวิ่งวนอยู่ได้โดยไม่แผ่คลื่น
แม่เหล็กไฟฟ
้ ำ สถำนะเช่นนี้เรียกว่ำ
สถานะคงที่(stationarystate)
2 อิเล็กตรอนในวงโคจรพิเศษจะมี
โมเมนตัมเชิงมุมเป็ นจำนวนเท่ำของค่ำ
คงตัวค่ำหนึ่ง ซึ่งมีค่ำเท่ำกับค่ำคงตัว
ของ Planck หำรด้วย 2 mvr =
่

2
h




r
mv
Fc
2

2
2
1
r
q
kq
FE 
mke2r = (mvr)2
2
2
2
n
mke
rn 









r
mv
r
ke
FE
2
2
2



พลังงำนรวมของอิเล็กตรอน =พลังงำน
ศักย์ไฟฟ
้ ำ+พลังงำนจลน์







 2
2
4
2
1
2
1
n
e
mk
En

r
ke
Ep
2


พลังงำน
ศักย์ไฟฟ
้ ำ
พลังงำน
จลน์
r
ke
Ek
2
2
1

r
ke2
2
1


ค่าพลังงานชั้นต่างของอะตอม
ไฮโดรเจน
E1= - 13.6 eV
2
1
n
E
En 
เมื่อ n = 1,2,3

• กำรเปลี่ยนวงโคจรจะ
เกิดขึ้นเมื่อมีกำร
ปลดปล่อยหรือดูดกลืน
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ
้ ำเป็ น
ปริมำณ hf นั่นคือ
E = Ei – Ef = hf

• สถานะพื้น(ground state)
เป็นสถานะที่อะตอมมี
เสถียรภาพมากที่สุด n=1
•สถานะถูกกระตุ้น
(excited state)
ค่าพลังงาน En สูงกว่าสถานะ
เพราะมีพลังงานกระตุ้นให ้

• สเปกตรัมต่อเนื่อง (Continuous Spectrum)
คือ แถบสีต่าง ๆ ของแสงที่เมื่อใช ้เกรตติงหรือ
ปริซึมแยกแสงสีต่าง ๆ ออกมาให ้เห็น เช่น แสง
จากไส ้หลอดไฟฟ้าที่ร ้อนจัด โลหะร ้อนหรือ
ของแข็งที่ร ้อนจัด และของเหลว
ร ้อน
• สเปกตรัมเส้นสว่ำง (Line Spectrum) คือ เส ้น
สีต่าง ๆ ของแสงที่เมื่อใช ้เกรตติงหรือปริซึมแยก
เส ้นแสงสีต่าง ๆ ออกมาให ้เห็น เช่น แสงจาก
หลอดบรรจุแก๊สร ้อนชนิดต่าง ๆ
• สเปกตรัมดูดกลืน (Absorption Spectrum)










 2
2
1
1
1
1
i
H
n
R










 2
2
1
2
1
1
i
H
n
R










 2
2
1
3
1
1
i
H
n
R










 2
2
1
4
1
1
i
H
n
R










 2
2
1
5
1
1
i
H
n
R

Series) UV
เมื่อ nf = 1 , ni = 2,
3, 4
อนุกรมบำลเมอร ์(Balmer
Series)
เมื่อ nf = 2 , ni = 3,
4, 5
อนุกรมพำสเชน
(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,

ตัวอย่ำง ถ้าอิเล็กตรอนของ
อะตอมไฮโดรเจนถูกกระตุ้นให้อยู่
ที่ระดับพลังงาน n = 3 เมื่อกลับ
สู่สถานะพื้น จะมีเส้นสเปกตรัม
เกิดขึ้นทั้งหมดกี่เส้น แต่ละเส้นมี
ความถี่เท่าใด

ปัญหาทฤษฎีของ Bohr
• ไม่สามารถให ้เหตุผลว่าทาไมจึงมีวง
โคจรเสถียรและมีเงื่อนไขว่า
• ไม่สามารถอธิบายอะตอมหนักๆที่มี
อิเล็กตรอนหลายๆตัว ได ้ถูกต ้อง
• อะตอมที่อยู่ในบริเวณที่มี
สนามแม่เหล็กจะให ้สเปกตรัมที่ผิดไป
จากเดิม คือสเปกตรัมเส ้นหนึ่งๆแยก
ออกเป็นสเปกตรัมหลายเส ้น(Zeeman

n
mvr 

กำรแผ่รังสีจำกวัตถุดำ
(black body radiation)
วัตถุทุกชนิดที่มี
อุณหภูมิสูงกว่า
ศูนย์องศา
สัมบูรณ์จะแผ่
คลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้า
สเปกตรัมของ
รังสีที่แผ่ออกมา
จากแท่งเหล็ก
ร ้อนจัดเป็น
สเปกตรัม
ต่อเนื่อง

วัตถุร ้อนไม่เพียงแต่จะแผ่รังสี
เท่านั้น
ในขณะเดียวกันยังดูดกลืนรังสี
ด ้วย
• วัตถุมีอุณหภูมิสูงกว่าสิ่งแวดล ้อม
อัตราการแผ่รังสีจะมากกว่าอัตรา
การดูดกลืนรังสี
• วัตถุมีอุณหภูมิต่ากว่าสิ่งแวดล ้อม
อัตราการดูดกลืนรังสีจะมากกว่า
อัตราการแผ่รังสี
• วัตถุมีอุณหภูมิเท่ากับสิ่งแวดล ้อม
อัตราการแผ่รังสีจะเท่ากับอัตรา
การดูดกลืนรังสี วัตถุจะมีอุณหภูมิ

อัตราการแผ่พลังงานรังสีของ
วัตถุร ้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและ
ชนิดของผิววัตถุ
• วัตถุดำ(black body) คือวัตถุ
ที่เป็นตัวแผ่และดูดกลืนรังสีได ้
อย่างสมบูรณ์และดีที่สุด วัตถุ
ดาจะดูดกลืนคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้าทุกความถี่ที่ตก
กระทบโดยไม่สะท ้อนเลย
• พลังงานรังสีที่แผ่ออกจากวัตถุดา

อัตราการแผ่พลังงานรังสีกับความยาวคลื่น
 และอุณหภูมิ T
B =  AT 4
3
max 10
898
.
2 


T


ทฤษฎีกำรแผ่รังสีจำกวัตถุ
ดำ
• ผนังของวัตถุดา
ประกอบด ้วยอะตอมเป็น
จานวนมากซึ่งทาหน้าที่
เป็นตัวส่งและรับคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่า
ออสซิลเลเตอร์
(oscillator)
• อะตอมหรือ
ออสซิลเลเตอร์จะ
ดูดกลืนหรือแผ่รังสีคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้าด ้วย
ได ้ผลดีในช่วงความยาวคลื่นมากๆเท

สมมติฐานของ Planck
วัตถุดาจะแผ่หรือรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ
้ า
มีค่าจากัดเป
็ นช่วงๆไปอย่างไม่ต่อเนื่อง
มีควำมถี่ f จะต้องมีพลังงานเป
็ น E = nhf
เมื่อ E เป
็ นพลังงานของคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ
้ า
h เป
็ นค่าคงที่ของ Planck (
Planck’s constant)
เท่ากับ 6.625 10-34 จูลวินาที
n เป
็ นเลขควอนตัม มีค่าเป
็ นเลข
จานวนเต็ม 1,2 ,3 ......

รังสีเอกซ์ (X-rays)
Wilhelm K.Roentgen

หลอดรังสีเอกซ์(x-ray tube)

V V0
ทาให้เกิด อิเล็กตรอน เร่งอิเล็กตรอน

อิเล็กตรอนถูกเร่งด้วยความต่างศักย์สูง ไปชน
ขั้วบวกที่เป็ นเป้า พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน
ส่วนใหญ่จะกลายเป็นความร ้อนให้เป้า ส่วนน้อย

• กลุ่มอิเล็กตรอนในหลอดรังสีเอกซ์ที่ถูกเร่ง
ผ่านความต่างศักย์สูง V จนมีพลังงาน
จลน์เท่ากับ eV ก่อนชนเป้า เมื่อชนเป้า
อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เข ้าไปใกล ้นิวเคลียส
ที่มีประจุบวก อิเล็กตรอนจะถูกดูดให ้เข ้าไป
ใกล ้ทาให ้ความเร็วของอิเล็กตรอนเปลี่ยน
ทิศทางไป
มีความยาวคลื่น
ต่างๆกันไปสิ้นสุดที่
ความยาวคลื่นต่าสุด

hmax = eV0
0
min
eV
hc


อิเล็กตรอนบางตัวชนเป้า เสีย
พลังงานไปในการชนหลายๆครั้ง
แต่ละครั้งที่มีการเสียพลังงาน จะ
ได้โฟตอนออกมาหนึ่งตัว โฟ
ตอนเป็นจานวนมากมีพลังงาน
หรือความยาวคลื่นต่างๆกัน
อิเล็กตรอนตัวใดเสียพลังงาน
ทั้งหมดไปในการชนเพียงครั้ง
เดียว จะได้โฟตอนรังสีเอกซ ์มี
พลังงานสูงสุดเท่ากับพลังงาน
จลน์ของอิเล็กตรอนที่เข้าชน
 
0
min
1240
V
nm 


• อิเล็กตรอนที่ถูกเร่งจนมี
พลังงานสูงมากพอ ไปชน
อิเล็กตรอนในวงโคจรชั้นในสุด
(ชั้น K) ของอะตอมของเป้า ทา
ให ้อิเล็กตรอนในชั้น K หลุด
ออก เกิดที่ว่างขึ้น อิเล็กตรอน
ในชั้นนอกๆเช่น ชั้น L ชั้นM ชั้นN
จะย ้ายเข ้าไปแทนที่

• ตัวอย่าง ใช ้ความต่างศักย์ 10,000
โวลต์ในหลอด รังสีเอกซ์ จะ
ผลิตรังสีเอกซ์ที่มีความยาว
คลื่นต่าสุดเท่าไร

• พ.ศ. 2455 เลาอี ได้คานวณระยะระหว่าง
อะตอมในผลึกได้ค่าประมาณ10 – 9 - 10 – 10
เมตร ซึ่งค่านี้ใกล้เคียงกับความยาวคลื่นของรังสี
เอกซ ์
• ฉายรังสีเอกซ ์ไปยังผลึกของสาร เช่น ซัลไฟด์
ของสังกะสี และคลอไรด์ของโซเดียม (NaCl)
โดยคิดว่า อะตอมในผลึกซึ่งเรียงตัวกับเป็น
ระเบียบ จะทาหน้าที่เป็ นเกรตติง ทาให้เกิด
การเลี้ยวเบนและแทรกสอดของรังสีเอกซ ์ได้
การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ ์(x-ray
diffraction)

การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์(x-ray
diffraction)

• แบรก (Sir William Bragg) ได้ศึกษา
การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ ์ในผลึก ได้
สมการการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ ์
2d sin  = n
เมื่อ n = 1, 2, 3,….แสดงลาดับการ
เกิดการเสริมกัน
่
การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ ์(x-ray
diffraction)

ปรากฏการณ์โฟโตอิ
เล็กตริก(Photoelectric effect)

ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก

• ฉายแสงความถี่เดี่ยวให ้ตกกระทบผิว
โลหะ จะมีอิเล็กตรอนหลุดจากผิว
โลหะได ้

• อิเล็กตรอนที่หลุดออกจากผิวโลหะเรียกว่า
โฟโตอิเล็กตรอน (Photoelectrons)
• ความศักย์หยุดยั้ง (Stopping potential ,
Vs ) คือ ความต่างศักย์ที่ทาให ้ไม่มีอิเล็กตรอน
ที่หลุดจากขั้วบวกมาถึงขั้วลบ

• พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโต
อิเล็กตรอน
• Vs เป็นค่าศักย์หยุดยั้ง
• ความถี่ต่าสุดที่ทาให ้โฟโต
  S
k eV
mv
E 
 2
max
max
2
1

บทสรุป
• 1. พลังงานจลน์ของโฟโตอิเล็กตรอน
ไม่ขึ้นกับความเข ้มของแสง แต่
ขึ้นกับความถี่ของแสง เป็นปฏิภาค
ตรงกับความถี่ของแสง และถ ้าแสงมี
ความถี่ต่ากว่าความถี่ขีดเริ่ม จะไม่
มีโฟโตอิเล็กตรอนเกิดขึ้น
• 2. ถ ้าแสงมีความถี่สูงกว่าความถี่ขีด

บทสรุป
• ผลที่ได ้จากการทดลองข ้อที่1 ทฤษฎี
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายไม่ได ้
เพราะตามทฤษฎีคลื่นนั้น แสงความ
เข ้มสูงจะมีพลังงานมาก และเมื่อฉาย
ไปกระทบโลหะจึงควรให ้โฟโต
อิเล็กตรอนพลังงานสูง ไม่ว่าแสงจะมี
ความถี่สูงหรือต่า ซึ่งขัดแย ้งกับผล
การทดลอง

ทฤษฎีโดยไอน์สไตน์
• ไอน์สไตน์เสนอว่า แสงประกอบด ้วยกลุ่ม
ก ้อนของพลังงาน เรียกว่ำโฟตอน
(Photon) โฟตอนของแสงความถี่ f จะมี
พลังงานเท่ากับ hf เมื่อ h คือ ค่าคงที่
พลังค์
• แสงจึงมีลักษณะเป็นอนุภาคที่ประกอบด ้วย
ก ้อนพลังงานเล็กๆ เมื่อตกกระทบโลหะ
พลังงาน hf ของโฟตอนจะถ่ายให ้กับ

ทฤษฎีโดยไอน์สไตน์
• อิเล็กตรอนที่หลุดจากอะตอมของผิว
โลหะ จะต ้องจ่ายพลังงานให ้กับ
อะตอมเท่ากับค่า ฟังก์ชันงาน
(Work function) ซึ่งเป็นพลังงานยึด
เหนี่ยวอิเล็กตรอนไว ้กับอะตอมนั้น
ส่วนพลังงานที่เหลือจะปรากฏเป็น
พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน

สมการปรากฏการณ์โฟโตอิ
เล็กตริก
hf = (Ek)max + Wo
(Ek)max คือพลังงานจลน์สูงสุดของโฟ
โตอิเล็กตรอน
Wo เป็นค่าฟังก์ชันงานของโลหะ
ฟังก์ชันงานของโลหะมีค่าต่างกันแล ้วแต่ชน

• ฉายแสงความยาวคลื่น 589.3 นา
โนเมตร บนผิวโลหะโปแตสเซียม
โดยค่าศักย์ไฟฟ้าหยุดยั้ง
สาหรับโฟโตอิเล็กตรอนเป็น 0.36
โวลต์ จงหาค่าพลังงานจลน์สูงสุด
ของอิเล็กตรอน ฟังก์ชันงาน และ
ความถี่ขีดเริ่มของการเกิดโฟโตอิ

ปรากฏการณ์คอมป์ ตัน
Compton effect

• ปี พ.ศ. 2466 อำร ์เทอร ์ฮอลลี คอมป์ ตัน
(Arthur Holly Compton) นักฟิสิกส์ชาว
อเมริกัน ได ้ทาการทดลองฉายรังสีเอกซ์ความ
ยาวคลื่นเดียวไปยังแท่งกราไฟต์ แล ้ววัดความ
ยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่กระเจิง (Scattered x-
ray) ออกมาที่มุมต่างๆ กับแนวเดิมดังรูป

• คอมพ์ตันพบว่า รังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมาจาก
แท่งกราไฟต์นั้นมีความยาวคลื่นเป็น 2 ประเภท
ประเภทหนึ่งมีความยาวคลื่นยาวเท่าเดิม กับ
อีกประเภทหนึ่งมีความยาวคลื่นมากกว่าเดิม
ประเภทที่มีความยาวคลื่นมากกว่าเดิมนั้นขึ้นอยู่กับ
มุมกระเจิง ถ ้ายิ่งกระเจิงจากแนวเดิมมาก จะยิ่งมี
ความยาวคลื่นมากกว่าเดิมมาก

• เมื่อโฟตอนรังสีเอกซ์ กระทบกับอิเล็กตรอนที่
อยู่ในแท่งกราไฟต์ ก็จะเป็นการชนกัน
ระหว่างโฟตอนกับอิเล็กตรอน ซึ่งเปรียบเสมือน
การชนกันของอนุภาคกับอนุภาค ใช ้หลัก
อนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมในการชนกันได ้
และเนื่องจากโฟตอนรังสีเอกซ์มีพลังงานสูงมาก
เมื่อกระทบอิเล็กตรอนในกราไฟต์ (พลังงานยึด
เหนี่ยวของอิเล็กตรอนบางตัวกับอะตอมมีค่า
น้อย) จึงถือเสมือนว่า โฟตอนวิ่งเข ้าชน
อิเล็กตรอนที่วางอยู่อย่างอิสระ และเนื่องจาก
เป็นการชนที่มีพลังงานสูง จึงต ้องใช ้ทฤษฎี
สัมพัทธภาพ

รูปแสดงผลที่ได้จำกกำรทดลอง

คอมพ์ตันคิดว่ารังสีเอกซ์ ประกอบด ้วยกลุ่มหรือ
เม็ดของพลังงานและเรียกเม็ดพลังงานว่า โฟตอน
รังสีเอกซ์หรือเรียกสั้นๆ ว่าโฟตอน มีลักษณะเป็น
อนุภาคและมีโมเมนตัมหาได ้จากความสัมพันธ์
ดังนี้
จากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์
E = mc2
และพลังงานของโฟตอน
E = hf

h
p 

ปรากฏการณ์คอมตัน สนับสนุน
แนวคิดของไอน์สไตน์
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ
้ ำประพฤติตัวเป็ น
อนุภำคได้

สมมติฐานของเดอ บรอยล์ (De
Broglie’s hypothesis)
กล่ำวว่ำ “ถ ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงสมบัติของ
อนุภาคได ้อนุภาคก็แสดงสมบัติของคลื่นได ้
เช่นเดียวกัน”
• สมบัติความเป็นอนุภาคของ
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ โมเมนตัม (p)
• สมบัติความเป็นคลื่นของอนุภาคหรือ
คลื่นสสาร(Matter wave) คือ ควำมยำวคลื่น
()

h
p 
mv
h


ความยาวคลื่นเดอบ
รอยล์ (De Broglie
wavelenght)

ถ ้าอิเล็กตรอนซึ่งเป็น
อนุภาคประพฤติตัว
เป็นคลื่นแล ้ว ควรจะมีการ
เลี้ยวเบนและ
มีการแทรกสอดได ้
เช่นเดียวกับรังสีเอกซ์
(คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มี
ความยาวคลื่น
ใกล ้เคียงกัน)

กำรทดลองของเดวิสสัน (Clinton J. Davisson)
และเกอร ์เมอร ์(Lester A. Germer)

ผลการทดลองของเดวิสสันและเกอร์เมอร์

กำรทดลองของจี พี ทอมสัน (George P.
Thomson)
• ทดลองยิง
อิเล็กตรอนควำมเร็ว
สูงหรือรังสีแคโทด
ผ่ำนแผ่นโลหะบำง
เช่น อลูมิเนียม เงิน
และทองคำ ปรำกฏ
ว่ำ อิเล็กตรอน
เลี้ยวเบนผ่ำนผลึก
โลหะไปแทรกสอด
บนฟิ ล์มได้เหมือนกับ
แผ่นอลูมิเนียม
บาง ๆ
แผ่น
ทองคาเปลว
รังสี
เอกซ์
อิเล็กตรอ
น
อิเล็กตรอ
น

อธิบายสมมติฐานของโบร์
“อิเล็กตรอนที่วิ่งวนอยู่รอบ
ๆ นิวเคลียสจะประพฤติตัว
เป็นคลื่นนิ่ง” โดยมีความ
ยาวเส ้นรอบวงของวงโคจร
พิเศษเท่ากับจานวนเต็ม
เท่าของความยาวคลื่น
อิเล็กตรอน

 n
rn

2


 n
rn

2
n
n
mv
h
n
r 

2
h
n
r
mv n
n


2
h
n
r
mv n
n


กลศาสตร์ควอนตัม (Quantum
mechanics)
กลศาสตร์ควอนตัมแบบชเรอดิงเงอร์ (Erwin
Schrodinger)
หรือกลศาสตร์คลื่น (Wave mechanics)
มีรากฐานแนวความคิดจากสมมติฐานของ
เดอ บรอยล์ คือ อนุภาคแสดงสมบัติของคลื่น
ได ้กล่าวคือ
• ค.ศ. 1925 นักฟิสิกส์ก็พบวิชา กลศำสตร ์ควอนตัม
(Quantum mechanics) ซึ่งเป็นวิชาที่ใช ้ศึกษา
ธรรมชาติในระดับอะตอมได ้อย่างถูกต ้องสมบูรณ์
อาจจะกล่าวได ้ว่า กลศาสตร์ควอนตัมเป็นหัวใจของ
การศึกษาฟิสิกส์ยุคปัจจุบัน

คลื่นต่อเนื่อง กลุ่มคลื่น
โดยแทนอิเล็กตรอนด้วย กลุ่มคลื่น (Wave
packet) เคลื่อนที่ด้วยความเร็วกลุ่ม (Group
velocity) เท่ากับความเร็วของอนุภาค
อธิบำยควำมไม่ต่อเนื่องของพลังงำนและ
โมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอนตำม
สมมุติฐำนของโบร ์
อธิบำยอะตอมได้กว้ำงขวำงกว่ำและดีกว่ำโบร ์
จึงเป็ นที่ยอมรับถึงปัจจุบัน

หลักความไม่แน่นอนของไฮเซน
เบอร์ก
Werner
Heisenberg (1901-1976 )
- คิดค ้นความรู้พื้นฐานทฤษฎี
ควอนตัม
ในช่วงอายุประมาณยี่สิบปี
ต ้นๆ
-ได ้รับรางวัลโนเบลในปี1932
สาหรับการค ้นพบหลักความ

• ไฮเซนเบอร์ก เป็นคนแรกที่ชี้ให ้เห็นว่า
กฎเกณฑ์ของกลศาสตร์ควอนตัม
บอกเป็นนัยว่า มีขีดจากัดพื้นฐาน
สาหรับความแม่นยาของการวัดในการ
ทดลอง
• การที่อนุภาคแสดงสมบัติคลื่น และ
ต ้องใช ้กลุ่มคลื่นแทนอนุภาคนั้น ทาให ้
ไม่สามารถบอกตาแหน่งและโมเมนตัม
ของอนุภาคได ้แน่นอน

เบอร์ก

เบอร์ก
• ผลคูณความไม่แน่นอนของตาแหน่ง
และโมเมนตัมของอนุภาคจะเป็นไป
ตามสมการ
x เป็นความไม่แน่นอนเกี่ยวกับ
ตาแหน่งของอนุภาค
p เป็นความไม่แน่นอนเกี่ยวกับโมเม



 )
)(
( p
x



 )
)(
( v
m
x

เบอร์ก
• ธรรมชาติคลื่นของวัตถุ ทาให้ไม่สามารถ
ทราบตาแหน่งและโมเมนตัม ของอนุภาคได้
อย่างแน่นอนพร้อมๆ กัน
• ถ ้าทราบโมเมนตัมแน่นอน ((p = 0) ก็จะไม่ทราบ
ว่าวัตถุอยู่ที่ใด (x =)
• ถ ้าทราบว่าอนุภาคอยู่ที่ใดแน่นอน (x =0) เราก็
จะไม่ทราบค่าของโมเมนตัม (p = )
• ถ ้าทราบค่าประมาณของโมเมนตัม เราก็จะทราบ
ค่าประมาณของตาแหน่ง

เบอร์ก
ตัวอย่ำง อิเล็กตรอนมวล 9.1 
10 –31 กิโลกรัม เคลื่อนที่มาด ้วย
อัตราเร็ว 2  10 6 เมตรต่อวินาที
มีความไม่แน่นอนเกี่ยวกับอัตราเร็ว
v เป็น 0.2  10 6 เมตรต่อวินาที
(ประมาณ 10 % ของอัตราเร็ว)
ความไม่แน่นอนของตาแหน่งของ

เบอร์ก
• ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับ
ตาแหน่งของอิเล็กตรอนมี
ค่าประมาณขนาดของอะตอม
ดังนั้นหลักความไม่แน่นอนมี
ความสาคัญเกี่ยวกับปัญหาใน
ระดับอะตอมและอนุภาค

เบอร์ก
ตัวอย่ำง รถยนต์คันหนึ่งมวล
1,000 กิโลกรัม เคลื่อนที่มาด ้วย
อัตราเร็ว 1 เมตรต่อวินาที ถ ้า
ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับอัตราเร็วมี
ค่าประมาณ 0.1 เมตรต่อวินาที
(10% ของอัตราเร็ว) ความไม่
แน่นอนเกี่ยวกับตาแหน่งของ

เบอร์ก
• ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับตาแหน่ง
ของรถยนต์มีค่าน้อยมาก จนไม่
สามารถวัดได ้ เนื่องจากเราไม่มี
เครื่องมือใดๆ ที่จะวัดตาแหน่งได ้
ละเอียดขนาดนั้น ดังนั้นสาหรับ
วัตถุขนาดใหญ่หลักความไม่
แน่นอนจะไม่มีผลแต่อย่างใด

โครงสร้ำงอะตอมตำมแนวคิด
กลศำสตร ์ควอนตัม
โครงสร้ำงอะตอมแบบกลุ่มหมอก
จากหลักความไม่แน่นอน ไม่สามารถบอกได ้
ว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ลักษณะใด หรืออยู่ตาแหน่ง
ไหน บอกได้เพียงโอกำสที่จะพบอิเล็กตรอน
- บริเวณใกล้นิวเคลียสจะมีโอกำสพบ
อิเล็กตรอนมำกกว่ำบริเวณที่ห่ำงจำกนิวเคลียส

physics atom.ppt

More Related Content

Similar to physics atom.ppt (20)

Recently uploaded (6)

physics atom.ppt