ฟิสิกส์ ระดับมัธยมศึกษาตอน ......บทท 2 ฟ...

EXAMPLE

E-BOOK วชาฟสกส ม.ปลาย part modern physics - 2

ผชวยศาสตราจารยสชาต สภาพ คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร

สำรบญ หนา

บทน ำ 4 บทท 1 ทฤษฎสมพทธภำพ 5

1.1 สภาพสมพทธ 9

1.2 กรอบอางอง 10 1.3 สจพจนของไอนสไตน 11 1.4 ความเปนเวลาเดยวกน 23 1.5 สมพทธภาพแบบกาลเลโอ 23 1.6 การแปลงสมการแบบลอเรนทซ 26 1.7 กลศาสตรเชงสมพทธภาพ 31 บทท 2 ฟสกสอะตอม 34 2.1 ประวตศำสตรเกยวกบอะตอม 34 2.2 แบบจ าลองอะตอมของทอมสน 36 2.3 แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด 61 2.4 การคนพบโปรตอน 65 2.5 การคนพบนวตรอน 66 2.6 สเปกตรมของอะตอม 69 2.7 แบบจ าลองอะตอมของโบร 82 2.8 สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน 113 2.9 การทดลองของแฟรงคและเฮรตซ 119 บทท 3 ฟสกสควอนตม เบองตน 131 3.1 กำรแผรงสของวตถด ำ และสมมตฐำนของพลงค 134 3.2 ปรำกฏกำรณโฟโตอเลกทรก 145 3.3 ทฤษฎโฟตอนของไอนสไตน 147 3.4 รงสเอกซ 177

EXAMPLE

http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/electron-structure/electron-structure.htm



บทท 1 ทฤษฎสมพทธภำพ

เนองจำกธรรมชำตเปนสงทลกลบซบซอนมำกส ำหรบมนษย มนษยไมสำมำรถเขำใจธรรมชำตทกสงทกอยำงได ดงนนกฎเกณฑตำงๆ ทมนษยคนพบ เชนกฎของนวตนจงยงไมใชควำมจรงแทแนนอน หรอกลำวงำย ๆ ไดวำกฎของนวตนใชไดในขอบทจ ำกดเทำนน ขอบเขตจ ำกดทกลำวถงนคอขอบเขตทวตถมควำมเรวไมมำกนก ในกรณทวตถมควำมเรวสงมำก (ใกลเคยงควำมเรวแสง) เชนกำรเคลอนทของประจไฟฟำในเครองเรงอนภำค ฯลฯ กฎเกณฑตำงๆ ในวชำกลศำสตรดงเดม จะไมสำมำรถน ำมำใชอธบำยกำรเคลอนทของอนภำคตำงๆ เหลำน ได และนกเปนจดเรมตนทท ำใหเกดทฤษฎสมพทธภำพ ซงเกยวพนกบกลศำสตรของสงทมควำมเรวสงมำก ทเรยกกนวำ “ กลศำสตรสมพทธภำพ ” ทฤษฎสมพทธภำพ เปนทฤษฎทแสดงควำมสมพนธระหวำงแรงโนมถวง ควำมเรว เวลำ หรอมวลสำรกบพลงงำน เนอหำของทฤษฎสมพทธภำพหลำยเรองขดกบสำมญส ำนกของมนษยอยำงรนแรง เชนบอกวำเวลำเปนปรมำณทมคำขนอยกบความโนมถวง และความเรว นอกจำกน ยงไดกลำวอกวำ เวลำนนสำมำรถยอนกลบได ถำเรำอยในยำนทเคลอนทดวยควำมเรวมำกกวำแสง ทฤษฎนฟงดแลวแปลกมำกไมนำจะเปนไปได แตทฤษฎนกไดรบกำรพสจนแลววำเปนจรง ถาสมมตใหการเดนของนาฬกาแทนชวงเวลาทผานไป ถาใชนาฬกาโบราณ (แบบลกตม) น านาฬกาชนดนถาน าไปวางไวในททมแรงดงดดตางกน เวลากจะตางกน เชน วางไวทยอดเขากบทเชงเขา เวลาทไดกจะไมเทากน

EXAMPLE



ค าถามระหวางบทเรยน

1) ความหนาของแผนทองค า มคาประมาณกอะตอมเรยงซอนกน แนวค าตอบ : ประมำณ 400 อะตอม 2) แบบจ าลองอะตอมของทอมสนและแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดตางกนอยางไร แนวค าตอบ : แบบจ ำลองอะตอมของทอมสนมประจไฟฟำบวกกระจำยทวพนทของอะตอม สวนแบบจ ำลองอะตอมของรทเทอรฟอรดประจไฟฟำบวกอยเปนจดเลกๆ อยทจดศนยกลำงของอะตอม 3) การทรทเทอรฟอรด ท าการทดลองยงอนภาคแอลฟาไปยงแผนทองค าบาง แลวพบวา โครงสรางของอะตอมไมเปนไปตามแบบจ าลองอะตอมของทอมสน เนองจากรทเธอรฟอรดพบวา แนวค าตอบ : ประจไฟฟาบวกไมไดกระจายทวพนทของอะตอม แตประจบวกอดแนนอยทจดศนยกลางของนวเคลยส

4) เมออนภาคแอลฟาวงเขาสนวเคลยสของอะตอม อนภาคแอลฟานนจะหยดนงกตอเมอความสมพนธระหวางพลงงานจลนกบพลงงานศกยเปนอยางไรกน แนวค าตอบ : เมอพลงงานจลนเดมอนภาคแอลฟา มคำเทำกบพลงงำนศกยไฟฟำขณะทอนภำคแอลฟำหยดนง 5) ในการทดลองยงอนภาคแอลฟาผานแผนทองค าบาง ๆ ของรทเทอรฟอรด อะไรทแสดงวานวเคลยสของอะตอมมขนาดเลกและมประจบวกทงหมดรวมกนอย แนวค าตอบ : อนภำคแอลฟำสวนใหญทะลผำนแผนทองค ำไปได มสวนนอยมำก ๆ ทสะทอนกลบออกมำ 6) โปรตอน อนภาคแอลฟา อเลกตรอน และนวตรอน ถามพลงงานจลนเทากน อนภาคชนดใดทวงเขาใกลนวเคลยสของยเรเนยมแลวมโอกาสเบยงเบนไปจากแนวเดมนอยทสด และเพราะเหตใด แนวค าตอบ : อนภำคนวตรอน เพรำะวำนวตรอนไมมประจไฟฟำ 7) อนภาคแอลฟาเคลอนทเฉยดนวเคลยสของทองค า พลงานจลนของรงสแอลฟา ณ ต าแหนงทเขาใกลนวเคลยสของทองค ามากทสด มคาเปนอยางไร แนวค าตอบ : ขณะทอนภำคแอลฟำเคลอนทเขำใกลนวเคลยส พลงงำนจลนจะลดลงเรอยๆ เพรำะวำอนภำคแอลฟำจะไดรบแรงผลกจำกนวเคลยส

EXAMPLE



บทท 3 ฟสกสควอนตม เบองตน

ในปจจบนเรำสำมำรถอธบำยกำรเคลอนทของวตถตำง ๆ ทมขนำดใหญไดดวยกฎกำรเคลอนทของนวตน แตกฎกำรเคลอนทของนวตนกไมสำมำรถอธบำยกำรเคลอนทของโมเลกลของแกสในลกโปงหรอโมเลกลของแกสในยำงรถยนตได

รป 3.1 กฎของนวตน ไมสำมำรถอธบำยกำรเคลอนทของโมเลกลของแกสได

ในท ำนองเดยวกนกฎของนวตน กไมสำมำรถอธบำยกำรเคลอนทของอเลกตรอนในอะตอมได กำรอธบำยสงทมขนำดเลกมำกๆในระดบอเลกตรอน อะตอม หรอนวเคลยส จ ำเปนตองอธบำยดวยทฤษฎฟสกสแผนใหมทเรยกวำ “ ฟสกสควอนตม ” ฟสกสควอนตม เปนหวใจของการศกษาฟสกสในปจจบน เปนวชาทใชศกษาธรรมชาตในระดบอะตอมไดเปนอยางด

เนองจากทฤษฎอะตอมของโบรไมสามารถอธบายโครงสรางของอะตอมไดทกธาต แตอธบายไดดเฉพาะธาตไฮโดรเจน หรอธาตเลก ๆ เชน ฮเลยม ลเทยมทถกอออนไนซจนเหลออเลกตรอนตวเดยวเทานน เมอเดอบรอยลเสนอสมมตฐานวาอนภาคสามารถแสดงสมบตเปนคลน และมการทดลองทแสดงใหเหนจรงไดวาอเลกตรอนสามารถประพฤตตวเปนคลนไดจรง นกฟสกสจงพยายามเสนอทฤษฎใหมขนมาโดยใชแนวความคดทวาอเลกตรอนเปนคลน ทฤษฎใหมทกลาวถงเรยกวา “ ฟสกสควอนตม ” ซงเปนฟสกสแบบใหม ทแตกตางจากทฤษฎฟสกสแบบ

EXAMPLE



วตถด า (Black body)

วตถด ำ หมำยถงวตถในอดมคตทดดกลนคลนแมเหลกไฟฟำทกชนทตกกระทบตวมนไดทงหมด ไมมกำรทะลผำนและไมมกำรสะทอน ดงนนวตถด ำจงเปนวตถในอดมคตของกำรดดกลนรงส นอกจำกนวตถด ำยงหมำยถงวตถทแผคลนแมเหลกไฟฟำไดดอกดวย จำกควำมหมำยของค ำวำวตถด ำ ทไดกลำวไปแลว ดงนนดวงอำทตย และวตถสด ำ จงถอไดวำเปนวตถด ำเหมอนกน เนองจำกดวงอำทตยเปนวตถทแผคลนแมเหลกไฟฟำเกอบทกควำมยำวคลนออกมำ สวนวตถสด ำ กเปนวตถทดดกลนแสงหรอควำมรอนไดด

กำรแผรงสจำกวตถด ำ

1) วตถทกสงทกอยางทมอณหภมสงกวาศนยองศาสมบรณ (0 K) จะแผรงสความรอนหรอคลนแมเหลกไฟฟา

2) วตถทกสงทกอยางจะมทงการแผรงสความรอนและดดกลนรงสความรอน 3) วตถทมอณหภมสงกวาสงแวดลอม จะแผรงสความรอนมากกวาการดดกลนรงส

ความรอน 4) วตถทมอณหภมต ากวาสงแวดลอม จะดดกลนรงสความรอนไดมากกวาการแผรงส

ความรอน 5) วตถทมอณหภมเทากบสงแวดลอม อตราการแผรงสและอตราการดดกลนรงสจะ

เทากน วตถจะมอณหภมคงทเรยกวาวตถอยในสมดลความรอน 6) วตถตางๆ มความสามารถในการแผรงสและดดกลนรงสตางกน วตถทแผรงสออกมา

ไดดกจะดดกลนรงสไดดดวย

EXAMPLE



3.1 กำรแผรงสของวตถด ำ และสมมตฐำนของพลงค

วตถทกอยางตางกมการแผคลนแมเหลกไฟฟาดวยกนทงสน โดยอตราการแผรงสของวตถมคาขนอยกบอณหภมของวตถ วตถทมอณหภมสงจะมการแผรงสมากกวาวตถทมอณหภมต า ในธรรมชาตวตถทกชนดจะมทงการดดกลนและการแผรงส วตถทมอณหภมสงกวาสงแวดลอมจะมการแผรงสมากกวาการดดกลนรงส สวนวตถทมอณหภมต ากวาสงแวดลอม จะมการดดกลนรงส มากกวาการแผรงส ส าหรบวตถทมอณหภมเทากบสงแวดลอม อตราการดดกลนรงสจะเทากบอตราการแผรงส ซงเราเรยกวาวตถอยในสมดลความรอน พลงงานทวตถด าปลดปลอยออกมาหรอรบเขาไป จะมคาไมตอเนอง โดยพลงงานดงกลาวจะมคาขนอยกบความถทปลดปลอยออกมา ตามสมการ

E nhf (3.1)

เมอ h คอคำคงตวของแพลงค มคำเทำกบ 346.6 10 จล.วนำท f คอควำมถของคลนแมเหลกไฟฟำทแผออกมำ n คอเลขจ ำนวนเตม

เนองจำกวตถด ำเปนวตถทดดกลนรงสทตกกระทบตวมนไดทงหมด จงมกเปรยบเทยบวตถด ำกบวตถทมชองกลวงภำยใน และมรเปดเลก ๆ ดงรป 3.2

รป 3.2 แบบจ ำลองของวตถด ำ

EXAMPLE



ถำมแสงหรอคลนแมเหลกไฟฟำผำนรเลกเขำไปในวตถด ำ แสงหรอคลนแมเหลกไฟฟำนนกจะสะทอนไป – มำภำยในชองกลวงและถกดดกลนเกอบทงหมด

กำรแผรงสของวตถด ำ

ถงแมวำวตถด ำ หรอวตถรอนทอยในภำวะสมดลทางความรอนทอณหภมคาตาง ๆ จะแผรงสออกมำเกอบทกควำมยำวคลน แตวตถด ำกไมไดแผรงสทกควำมยำวคลนอยำงเทำเทยมกน โดยควำมยำวคลนคำกลำง ๆ จะแผออกมำมำกทสด ควำมยำวคลนนอย ๆ และควำมยำวคลนมำก ๆ จะแผออกมำนอย ดงรป 3.3

รป 3.3 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความเขม กบความยาวคลน

นอกจำกนนควำมเขมของคลนแมเหลกไฟฟำทวตถด ำแผออกมำยงมคำขนอยกบอณหภมของวตถด ำดวย ตวอยำงทท ำหนำทเสมอนเปนวตถด าไดด คอดาวฤกษทมแสงสวางในตวเอง จำกรป 3.3 จะเหนวำดำวฤกษทมอณหภมสง (ดำวฤกษสน ำเงน) จะเปลงแสงทมควำม ยำวคลนสนลง จำกกำรวเครำะหกรำฟกำรแผคลนแมเหลกไฟฟำ สรปไดวำ

1) เมออณหภมสงขน พลงงานของคลนแมเหลกทแผออกมากจะมากขน 2) คลนแมเหลกไฟฟาทแผออกมาจากดาวฤกษ (วตถด า) มเกอบทกความยาวคลน 3) ก าลงของแสงหรอคลนแมเหลกไฟฟาทปลอยออกมา เปนไปตามกฏของ สเตฟาน โบซ

มานน ทมคาขนอยกบอณหภมยกก าลงส ( 4T ) ตามสมการ

EXAMPLE



4P T (3.2)

เมอ P คอก ำลงกำรแผรงสของคลนแมเหลกไฟฟำ ตอหนงหนวยเวลำตอหนงหนวยพนท

คอคาคงตวของสเตฟาน โบซมานน มคาเทากบ 8 2 4/ .5.67 10 W m K

T คออณหภม ในหนวยเคลวน สมการ (3 - 2) เรยกวา “ สมการของสเตฟาน โบซมานน ” เปนสมการทเขยนขนมาเมอพจารณากราฟผลการทดลอง โดยไมมทฤษฎใด ๆ รองรบ

4) จากรป 3.3 จะเหนวา วตถทมอณหภมสงแสงทมความเขมสงสดจะมความยาวคลนลดลง หรอกลาวไดวาความยาวคลนสงสดเปนปฏภาคผกผนกบอณหภม หรอเขยนเปนสมการไดวา

1

max T

หรอเขยนใหมไดเปน

3/max 2.898 10T m K

(3 -3)

สมการ (3 - 3) เรยกวา “ สมการการกระจดของวน ” สมการน เปนสมการทแสดงควำมสมพนธระหวำงควำมยำวคลนทมควำมเขมสงสด กบอณหภม ถงแมวาสมการการกระจดของวน เปนสมการทเขยนขนโดยพจารณาจากผลการทดลอง แตกมการน าไปใชในการหาอณหภมของดาวตางๆ ได

EXAMPLE



รป 3.4 กราฟสมการการกระจดของวน กรำฟควำมจรงดงกลำวไมสำมำรถอธบำยดวยทฤษฎทำงฟสกสแบบดงเดม (classical physics) ได หรอกลำวงำย ๆ ไดวำ ผลกำรทดลองกบทฤษฎทมอยในขณะนนไมสอดคลองกน

รป 3.5 เสนกราฟผลการทดลอง กบเสนกราฟตำมทฤษฎฟสกสแบบดงเดม

นกวทยำศำสตรในยคนนหลำยคนพยำยำมอธบำยกำรแผรงสและกำรดดกลนรงสขอองวตถด ำ ไดแก เรยเลย และจนส โดย เรยเลย และจนส เสนอแนวความคดวา วตถด าประกอบดวยอะตอมจ านวนมาก และทกอะตอมกมการสน การสนของอะตอมเหลานท าใหเกดมคลนแมเหลกไฟฟาแผออกไป คลนทแผออกไปจะมความถเทากบความถในการสนของอะตอม และเรยกทกอะตอมทสนวาออสซลเลเตอร เมอน าแนวคดนมาสรางสมการพบวา สมการทไดตรงกบผลการทดลองเฉพาะชวงความยาวคลนยาว ๆ เทานน

EXAMPLE



เมอผลการทดลองกบทฤษฎไมสอดคลองกน ปญหากคอจ าเปนจะตองมการปรบปรงทฤษฎ ในวนท 14 ธนวาคม ค.ศ. 1900 แมกซ แพลงค ไดท าใหวงการฟสกสตองแปลกใจ ดวยการเสนอสมมตฐานทแปลกใหม 2 ขอดวยกน คอ

1) พลงงานทแผออกมาจากอเลกตรอนของวตถด า หรอทหนงสอบางเลมเรยกวา ออสซลเลเตอร จะมคาจะมคาเปนคา ๆ ไมตอเนอง หรอเขยนในรปสมการไดวา

E nhf (3 - 4)

เมอ E คอพลงงานทปลดปลอยออกมา n คอเลขควอนตม เปนเลขจ านวนเตม 1 , 2 , 3 , … h คอคาคงตวของแพลงค 346.625 10 .J s f คอความถของคลนแมเหลกไฟฟา สมการ (3 - 4) มหมายความวา พลงงำนเปนปรมำณทมคำเปนคำ ๆ กำรทพลงงำนมคำเปนจ ำนวนเทำของ hf เรยกวำพลงงำนถกควอนไตซ และกอนพลงงำนเลก ๆ นเรยกวำ ควอนตำ (quanta)

2) อเลกตรอนในอะตอมหนง ๆ หรอออสซลเลเตอรหนงๆ ของวตถด าจะดดกลนหรอแผรงส ในปรมาณทเปนปฏภาคโดยตรงกบความถ ตามสมการ

E hf (3 - 5)

(a) (b) รป 3.6 (a) อเลกตรอนดดกลนพลงงำน hf (b) อเลกตรอนปลดปลอยพลงงำน hf

EXAMPLE



และจำกกำรใชสมมตฐำนดงกลำว แพลงคไดใชสมมตฐำนวำแต ละอะตอมเปนตวออสซลเลเตอร และใชควำมรทำงสถตชวยในกำรแกปญหำ และสำมำรถเขยนสมกำรอธบำยควำมเขมของรงสทแผออกมำจำกวตถรอน(หรอวตถด ำ)ไดตรงกบผลกำรทดลอง สมกำรของเขำคอ

2

5 /

2 1( )

1hc kT

hcI

e

รป 3.7 เสนกรำฟอธบำยกำรแผรงสของวตถด ำ ของแพลงค

เมอเปรยบเทยบฟสกสดงเดม กบสมมตฐำนของแพลงค จะเหนวำฟสกสดงเดมวตถด ำหรอวตถทรอนจะแผรงสทมควำมยำวคลนตอเนอง แตตำมสมมตฐำนของแพลงค พลงงำนทปลอยออกมำ จะตองมคำเปนจ ำนวนเทำของคำทนอยทสด ( hf )

(a) (b)

รป 3.8 เปรยบเทยบพลงงำนฟสกสดงเดม กบพลงงานในฟสกสแผนใหม (a) พลงงานในฟสกสเกำ (b) พลงงานในฟสกสแผนใหม

EXAMPLE



ถงแมวำทฤษฎตำง ๆ ในฟสกสดงเดมกบฟสกสแผนใหม จะมควำมแตกตำงกน แตทฤษฎทำงฟสกสทงสองยค กมควำมสมพนธกน โดยทฤษฎในฟสกสดงเดมมกจะเปนสวนหนงของทฤษฎในฟสกสแผนใหม เมอเปนกำรประมำณอยำงหยำบ ๆ คลำยกบ กำรเอำแวนขยำยมำขยำยดดวตถทดดวยตำเปลำเหนวำตอเนอง แตเมอใชแวนขยำยสองดจะพบวำไมตอเนอง ดงรป 3.9

(a) (b)

รป 3.9 ควำมแตกตำงทไมตำง ระหวำงฟสกสดงเดม กบฟสกสแผนใหม

ถงแมวาแนวคดของ แพลงค เกยวกบพลงงานทปลอยออกมาจากวตถด า หรอวตถรอนทวา พลงงานทปลอยออกมาจะเปนกลมกอนของพลงงานจะสามารถอธบายการแผรงสจากวตถด าไดด แตกยงไมเปนทยอมรบกนมากนก ตอมาเมอไดมการน าเอาแนวความคดนมา อธบายปรากฏการณอน ๆ ได เชน ปรากฎการณโฟโตอเลกตรก ปรากฎการณคอมพตน ซงในสมยนนยงไมมใครอธบายได แนวความคดเกยวกบควอนตมพลงงานของแพลงคจงไดรบการยอมรบมากขน แนวความคดของแพลงค จงคลายกบการปฏวตแนวคดเดม ท เคยเชอกนวาพลงงานเปนปรมาณทมคาตอเนอง แนวคดของแพลงคจงถอไดวาเปนจดเรมตนของฟสกสแผนใหม

EXAMPLE



ตวอยำง จงหำวำสงตอไปน แผคลนแมเหลกไฟฟำทมควำมยำวคลนเทำไรออกมำมำกทสด ก) ผวหนงของคนทวไปทมอณหภม 35 องศาเซลเซยส ข) ไสหลอดไฟทมอณหภม 2000 เคลวน ค) ดวงอาทตย ทมอณหภมพนผวเทากบ 5800 เคลวน

วธท ำ จำก 3/max 2.898 10T m K

3(308 ) /max 2.898 10K m K

3

/

max308

2.898 10 m K

K

ผวหนงมนษยจะแผรงสอนฟรำเรดทม max

9.4 ไมโครเมตร ตอบ

3

/

max2000

2.898 10 m K

K

ไสหลอดไฟแผรงสอนฟรำเรด max

1.4 ไมโครเมตร ตอบ

3

/

max5800

2.898 10 m K

K

ดวงอาทตยใหแสงสเหลอง max

500 นำโนเมตร ตอบ

ตวอยำง จงหำก ำลงของกำรแผรงสของดวงอำทตย ถำผวดวงอำทตยมอณหภม 5778 เคลวน

วธท ำ จำก 4P T

8 2 4 4/ .(5.67 10 )(5778 )W m KP K

76.32 10P วตต/ตำรำงเมตร ตอบ

EXAMPLE



ตวอยำง หลอดไฟฟำหลอดหนง ใชก ำลงไฟฟำ 100 จล/วนำท และใหแสงทมควำมยำวคลน 550 นำโนเมตร อยำกทรำบวำหลอดไฟฟำหลอดน ปลดปลอยพลงงำนออกมำ กโฟตอน/วนำท

วธท ำ จำก E nhf

8

34

9

3 10 /100 / (6.626 10 . )

550 10

m sj s n J s

m

หลอดไฟฟำปลดปลอยโฟตอน 202.77 10n โฟตอน/วนำท ตอบ

แสงทหลอดไฟฟำปลดปลอยออกมำ มลกษณะเปนเมดพลงงำน (โฟตอน)

โควตำ มช 42 หลอดไฟฟำชนดพเศษหลอดหนง ใหแสงทมควำมยำวคลนคำเดยวคอ 663 นำโนเมตร โดยหลอดนมคำก ำลง 60 วตต และมประสทธภำพในกำรเปลยนพลงงำนไฟฟำเปน แสงสวำงเทำกบ 90% พบวำอำยกำรใชงำนของหลอดนคอ 500 ชวโมง ถำตลอดอำยกำร ใชงำนมโฟตอนออกมำ 2410A ตว จงหำคำ A วธท า หลอดไฟมคำก ำลง 60 วตต หมำยควำมวำในเวลำ 1 วนำท หลอดไฟจะใชพลงงำนไฟฟำ 60 จล ดงนนในเวลา 500 ชวโมง จะใชพลงงำนไฟฟำ 6500 3600 60 108 10 J หลอดไฟมประสทธภำพในกำรเปลยนพลงงำนไฟฟำเปน แสงสวำงเทำกบ 90% ดงนนจะไดพลงงานแสงสวาง 697.2 10 J

EXAMPLE



จาก cE nhf h

8

6 34

9

3 10 /97.2 10 (6.625 10 . )

663 10

m sJ n J s

m

6 1797.2 10 (0.03 10 )J n J 24324 10n ดงนน 324A ตอบ

โควตำ มช 40 ในวนทแดดจำพบวำก ำลงเฉลยของแสงอำทตยทตกกระทบผวโลก มคำเปน 990 วตตตอตำรำงเมตรและควำมยำวคลนเฉลยของแสงอำทตยมคำเปน 500 นำโนเมตร ถำม แผนสะทอนแสงรปสเหลยมจตรสทมดำนยำวดำนละ 1 เมตร วำงอยบนพนโลกเรำ สำมำรถจะค ำนวณหำไดวำจ ำนวนโฟตอนทตกกระทบแผนสะทอนแสงนในเวลำ 1วนำท เปน 1910A โฟตอน จงค ำนวณหำคำ A วธท า ก ำลงเฉลยของแสงอำทตยทตกกระทบผวโลก มคำเปน 990 วตตตอตำรำงเมตร หมายความวาในเวลา 1 วนาท โฟตอนทตกกระทบพนท 1 ตำรำงเมตรมพลงงานรวม 990 จล

จาก cE nhf h

8

34

9

3 10 /990 (6.625 10 . )

500 10

m sJ n J s

m

17990 (0.03975 10 )J n J 19249 10n ดงนน 249A ตอบ

โควตำ มช 47 เครองผลตเลเซอรทใชในหองทดลองวทยำศำสตรเครองหนงใหเลเซอรควำมยำวคลน 632.8 นำโนเมตรถำเลเซอรทปลอยออกมำมก ำลง 1 มลลวตต จงค ำนวณโมเมนตมของแตละโฟตอน และจ ำนวนโฟตอนของเลเซอรทผลตไดใน 1 วนำท วธท า ก ำลงของแสงเลเซอรเทำกบ1 มลลวตต หมายความวาในเวลา 1 วนาท แสงเลเซอรใหพลงงานออกมา 31 10 จล

จาก cE nhf nh

8

3 34

9

3 10 /1 10 (6.625 10 . )

632.8 10

m sJ n J s

m

EXAMPLE



3 171 10 (0.0314 10 )J n 153.2 10n โฟตอน ตอบ

จาก hP

34

27

9

6.625 10 .1.04 10 . /

632.8 10

J sP kg m s

m

ตอบ

ตวอยำง นยนตามนษยสามารถรบคลนแมเหลกไฟฟาพลงงาน 10-18 จล ได ถาคลนแมเหลกไฟฟาทพลงงานนมความยาวคลน 6 x 10-7 เมตร โฟตอนทรบไดมจ านวน

วธท า จาก cE nhf nh

8

18 34

9

3 10 /1 10 (6.625 10 . )

632.8 10

m sJ n J s

m

18 191 10 (3.14 10 )J n J 3.18n เนองจาก n จะตองเปนจ านวนเตมเทานนจงได 3n ตอบ

ตวอยำง โฟตอนของแสงทมพลงงำนเทำกบ 1.5eV จะมควำมยำวคลนกนำโนเมตร

วธท า จาก cE hf h

8

19 34 3 10 /1.5 (1.6 10 ) (6.625 10 . )

m sJ J s

8

34

19

3 10 /(6.625 10 . )

1.5 (1.6 10 )

m sJ s

J

9828 10 m ตอบ

EXAMPLE



3.2 ปรำกฏกำรณโฟโตอเลกทรก (Photoelectric effect)

ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก เปนปรากฏการณท เฮรตซ ท าการทดลองพบวาเมอฉายแสงความถสงคาหนงตกกระทบผวโลหะ แลวจะมอเลกตรอนหลดจากผวโลหะได และพบวาถาใชแสงความถเดยวทมความถต าลงมาเรอยๆ จะพบวามคาความถขดเรมคาหนง ซงถาแสงมความถต ากวาความถขดเรมน ไมวาแสงจะมความเขมเทาใด กจะไมท าใหมอเลกตรอนหลดออกมา

รป 3.10 ปรำกฏกำรณโฟโตอเลกทรก

และผลจากการทดลองน ไดสรางความปนปวนใหเกดขนในแวดวงวชาการทางดานฟสกส เพราะวาทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟา (ของแมกซเวลล) ทมอยในขณะนนไมสามารถอธบายผลทเกดจากการทดลองนได ผลการทดลองเกยวกบปรากฏการณโฟโตอเลกทรก เปนดงน

1) ความถของแสงทพอดเกดโฟโตอเลกตรอน เรยกวา “ความถ ขดเรม (Threshold frequency ; 0f )”

2) แสงทมความถต ากวาความถขดเรม จะไมท าใหเกดโฟโตอเลกตรอน แมจะมความเขมมากเพยงใดกตาม

3) ถาแสงมความถสงกวาความถขดเรม จ านวนอเลกตรอนทหลดออกมา จะเปนปฏภาคตรงกบความเขมแสง

4) พลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอนไมขนกบความเขมแสง แตขนกบความถของแสง โดยเปนปฏภาคโดยตรงกบความถแสง

5) แสงความเขมสงจะท าใหมจ านวนโฟโตอเลกตรอนเพมมากขนแตไมมผลตอพลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอน

EXAMPLE



3. การสลายตวของธาตในอนกรมยเรเนยม

รป 4.39 การสลายตวของธาตในอนกรมยเรเนยม

4. การสลายตวของธาตในอนกรมแอกทเนยม

รป 4.40 การสลายตวของธาตในอนกรมแอกทเนยม

EXAMPLE



ผชวยศำสตรำจำรยสชำต สภำพ

วฒกำรศกษำ : วท.ม. ฟสกส (จฬำฯ) ประสบกำรณ - อดตหวหนำภำควชำฟสกสคณะวทยำศำสตร สถำบนเทคโนโลยรำชมงคล - ดงำนดำนโรงไฟฟำนวเคลยร ทประเทศญป น

ทท ำงำน : คณะวทยำศำสตรและเทคโนโลย มหำวทยำลยเทคโนโลยรำชมงคลธญบร อ ำเภอธญบร จงหวดปทมธำน 12110 โทรศพท 083-920-3825

%%%%%%%%%%%%%%%%%

EXAMPLE

ฟิสิกส์ ระดับมัธยมศึกษาตอน ......บทท 2 ฟ...

Documents

Transcript of ฟิสิกส์ ระดับมัธยมศึกษาตอน ......บทท 2 ฟ...