Physics atom part 4
3 likes5,751 views
ฟิสิกส์อะตอม 4 การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ รังสีเอกซ์ ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
More Related Content
Physics atom part 4
- 1. ฟิสิกส์อะตอม 4 การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ รังสีเอ็กซ์ (X – RAY) ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (PHOTOELECTRIC EFFECT)
- 2. การเปลี่ยนวงโคจรจะเกิดขึ้นเมื่อมีการปลดปล่อยหรือ ดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าเป็นปริมาณ hf นั่นคือ E = Ei – Ef = hf
- 5. This spectrum was produced by exciting a glass tube of hydrogen gas with about 5000 volts from a transformer. It was viewed through a diffraction grating with 600 lines/mm. The colors cannot be expected to be accurate because of differences in display devices.
- 6. Electron transitions and their resulting wavelengths for hydrogen. Energy levels are not to scale.
- 8. ปัญหาทฤษฎีของ BOHR ไม่สามารถให้เหตุผลว่าทาไมจึงมีวงโคจรเสถียรและมีเงื่อนไขว่า ไม่สามารถอธิบายอะตอมหนักๆที่มีอิเล็กตรอนหลายๆตัว ได้ถูกต้อง อะตอมที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กจะให้สเปกตรัมที่ผิดไปจากเดิม คือ สเปกตรัมเส้นหนึ่งๆแยกออกเป็นสเปกตรัมหลายเส้น(Zeeman effect) nmvr
- 10. การแผ่รังสีจากวัตถุดา (BLACK BODY RADIATION) วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์ องศาสัมบูรณ์จะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า สเปกตรัมของรังสีที่แผ่ออกมาจากแท่ง เหล็กร้อนจัดเป็นสเปกตรัมต่อเนื่อง (continuous spectrum)
- 11. วัตถุร้อนไม่เพียงแต่จะแผ่รังสีเท่านั้น ในขณะเดียวกันยัง ดูดกลืนรังสีด้วย • วัตถุมีอุณหภูมิสูงกว่าสิ่งแวดล้อม อัตราการแผ่รังสีจะมากกว่าอัตราการ ดูดกลืนรังสี • วัตถุมีอุณหภูมิต่ากว่าสิ่งแวดล้อม อัตราการดูดกลืนรังสีจะมากกว่าอัตรา การแผ่รังสี • วัตถุมีอุณหภูมิเท่ากับสิ่งแวดล้อม อัตราการแผ่รังสีจะเท่ากับอัตราการ ดูดกลืนรังสี วัตถุจะมีอุณหภูมิคงที่เรียกว่าวัตถุอยู่ในสมดุลความร้อน
- 12. อัตราการแผ่พลังงานรังสีของวัตถุร้อนขึ้นอยู่กับ อุณหภูมิและชนิดของผิววัตถุ วัตถุดา(black body) คือวัตถุที่เป็นตัวแผ่และดูดกลืนรังสีได้ อย่างสมบูรณ์และดีที่สุด วัตถุดาจะดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า ทุกความถี่ที่ตกกระทบโดยไม่สะท้อนเลย พลังงานรังสีที่แผ่ออกจากวัตถุดาจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเพียง อย่างเดียว
- 14. 1. ฟรังก์และเฮิร์ตซ์ได้ทาการทดลองเรื่องการชนกันของอะตอมต่างๆ โดยใช้ประจุอิเล็กตรอนกับอะตอมของปรอท 2. เมื่ออิเล็กตรอนชนกับอะตอมของปรอทจะทาให้เกิดการถ่ายเท พลังงานจากอิเล็กตรอนไปยังอะตอม และพลังงานที่อะตอมได้รับ จะถ่ายทอดต่อไปยังอิเล็กตรอนในอะตอมอีกต่อหนึ่ง ถ้าพลังงาน มากพอที่จะทาให้ เกิดอิเล็กตรอนหลุดออกมาเป็นอิสระแสดงว่า เกิดการ Ionization
- 15. เมื่อ นาความต่างศักย์ไฟฟ้ าและ กระแสไฟฟ้ ามาวิเคราะห์ว่าอะตอมของ ไอปรอทรับพลังงาน จากอิเล็กตรอน ทุกค่าอย่างต่อเนื่องหรือรับเพียงบางค่า โดยเขียนกราฟได้ดังรูป กราฟความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า
- 17. จากการทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ พบว่า 1. ถ้าพลังงานจลน์ที่อิเล็กตรอนต่ากว่า 4.9 eV (ความต่างศักย์ที่ใช้เร่ง อิเล็กตรอนต่ากว่า 4.9 eV ) การชนระหว่างอิเล็กตรอนและอะตอมของ ปรอทจะเป็นการชนแบบยืดหยุ่น (elastic collision) คือ Ekก่อนชน เท่ากับ Ek หลังชนนั่นแสดงว่า อิเล็กตรอนไม่สามารถทาให้อะตอมของ ปรอทเปลี่ยนระดับพลังงานจาก Ground State ได้ เพราะอะตอมของ ปรอทไม่สามารถดูดกลืนพลังงานจลน์ที่ต่ากว่า 4.9 eV ได้
- 18. 2. เมื่อเพิ่มพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเป็น 4.9 eV ทาให้อะตอม ของปรอทเปลี่ยนระดับพลังงานจาก Ground State (E1) ไปยัง Excited State (E2) ครั้งแรกสุดของการกระตุ้นได้ 3. ถ้าเพิ่มพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนขึ้นไปอีก ก็จะกระตุ้นอะตอม ของปรอทอะตอมที่สอง และอะตอมที่สามได้อีกเรื่อยๆ แต่ทุก อะตอมของปรอทยังคงต้องการพลังงานจลน์ 4.9 eV เหมือนเดิม
- 19. 4. ถ้าอะตอมของปรอทที่ถูกกระตุ้นไปอยู่ในระดับพลังงาน E2 และ จะเปลี่ยนระดับพลังงานเข้าสู่ระดับพลังงาน Ground State (E1) จะต้องปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า ซึ่งเรียกว่า Photon มีพลังงานเท่ากับ 4.9 eV
- 21. สรุปการทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ พบว่า ในการชนระหว่างอิเล็กตรอนกับอะตอม จะดูดกลืนพลังงานได้เพียงบางจานวน เท่านั้นซึ่งชี้ให้เห็นว่าระดับพลังงานของ อะตอมไม่ต่อเนื่อง กันเป็นไปตามทฤษฎี ของโบร์ คือ 4.9 , 6.7 , และ 10.4 eV
- 22. ตามการทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ ข้อสรุปใดไม่จริง 1. อิเล็กตรอนที่มีพลังงานน้อยกว่า 4.9 eV จะมีการชนแบบ ยืดหยุ่นกับอะตอมของ ไอปรอท 2. อิเล็กตรอนที่มีพลังงานมากกว่า 4.9 eV จะสูญเสียพลังงาน ส่วนหนึ่งให้กับอะตอม ของไอปรอท 3. อะตอมของไอปรอทมีค่าพลังงาน ระดับพื้นเท่ากับ 4.9 eV 4. อะตอมของไอปรอทมีค่าพลังงานเป็นชั้นๆ ไม่ต่อเนื่อง
- 23. ในการทดลองของฟรังค์และเฮิรตซ์ ถ้าเราใช้ หลอดทดลองที่บรรจุ ไฮโดรเจนแทนหลอด ที่บรรจุไอปรอท จะต้องให้พลังงานแก่ อิเล็กตรอนน้อยที่สุดเท่าใด จึงจะรับพลังงานนั้น ( ให้ระดับพลังงานในหน่วย eV ของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน เรียงจากวงในสุดเป็น –13.59 , –3.40 , –1.51 , .... 0 ตามลาดับ )
- 24. การทดลองของฟรังค์และเฮิรตซ์ให้ผลสรุปที่สาคัญข้อใด 1. อิเล็กตรอนชนอะตอมแบบยืดหยุ่นเป็นส่วนใหญ่ 2. อิเล็กตรอนชนกับอะตอมแบบไม่ยืดหยุ่น 3. อะตอมมีระดับพลังงานเป็นชั้น ๆ 4. กระแสไฟฟ้ าผ่านแก๊สที่มีความดันต่า
- 25. รังสีเอ็กซ์ (X – ray) Wilhelm K.Roentgen
- 29. 1. ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ า 2. เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก 3. มีอานาจทะลุทะลวงสูง 4. ทาให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออนได้
- 30. 5. ทาให้สารเรืองแสงเกิดสารเรืองแสงได้ 6. ทาปฏิกิริยากับแผ่นฟิล์ม 7. รังสีเอกซ์มีอันตรายและทาลายเซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้ 8. เมื่อรังสีเอกซ์ กระทบบนแผ่นโลหะสามารถทาให้เกิด ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกได้
- 32. การคานวณหาความถี่สูงสุดของรังสีเอกซ์ เนื่องจากอิเล็กตรอน จะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้ าเป็นคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้ า (รังสีเอกซ์) จึงได้ว่า W = E รังสีเอกซ์ e V = h f max = hc/λmin
- 34. รังสีเอกซ์
- 35. รังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะ (Characteristic x – rays) จากรูป อิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์ เข้าชนอิเล็กตรอนในชั้น K ของ อะตอมหลุดออก อิเล็กตรอนในชั้นที่ อยู่ถัดไปเข้ามาแทนที่ การเปลี่ยน ระดับพลังงานอิเล็กตรอนในชั้นต่าง ๆ ของอะตอมทาให้เกิดสเปกตรัม ลักษณะเฉพาะ
- 37. อิเล็กตรอนบางตัวชนเป้ า เสียพลังงานไปใน การชนหลายๆครั้ง แต่ละครั้งที่มีการเสีย พลังงาน จะได้โฟตอนออกมาหนึ่งตัว โฟตอนเป็นจานวนมากมีพลังงานหรือความ ยาวคลื่นต่างๆกัน อิเล็กตรอนตัวใดเสียพลังงานทั้งหมดไปใน การชนเพียงครั้งเดียว จะได้โฟตอนรังสีเอกซ์ มีพลังงานสูงสุดเท่ากับพลังงานจลน์ของ อิเล็กตรอนที่เข้าชน hfmax = eV eV hc min V nm 1240 min
- 38. รังสีเอกซ์จากการถูกหน่วง (Bremsstrahlung) เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนพลังงานสูง วิ่งด้วย ความเร็วเข้าใกล้นิวเคลียสซึ่งมีประจุบวก ทาให้อิเล็กตรอนเปลี่ยนทิศทาง หรือมีการ เปลี่ยนแปลงความเร็วในลักษณะที่ พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนลดลง เป็น เหตุให้มีการแผ่พลังงานออกมาในรูปของ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าหรือโฟตอนเป็นรังสี เอกซ์จากการถูกหน่วง(Bremsstrahlung)
- 39. จงเลือกข้อความที่ถูกต้อง 1. รังสีเอกซ์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าที่มีความถี่สูงมากและเป็นสเปกตรัม ต่อเนื่อง 2. รังสีเอกซ์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าที่มีสเปกตรัมต่อเนื่องซึ่งค่าความถี่สูงสุด ขึ้นกับชนิด ของโลหะที่ใช้ทาเป้ า และยังมีสเปกตรัมเส้นด้วย 3. รังสีเอกซ์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าที่มีสเปกตรัมเส้นซึ่งเกิดจากการปล่อย พลังงานของอิเล็กตรอนของอะตอม เมื่ออิเล็กตรอนนั้นเปลี่ยนวงโคจรจาก ที่มีระดับพลังงานต่า ไปสู่วงโคจรที่มีระดับพลังงานสูงและยังมีสเปกตรัม ต่อเนื่องด้วย 4. ไม่มีข้อใดถูก
- 40. ทฤษฏีอะตอมของโบร์ สามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เกี่ยวกับอะตอม ได้มากมาย เช่น 1. อธิบายถึงการเกิดสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน 2. อธิบายถึงการจัดตัวของอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุ ไฮโดรเจน 3. อธิบายถึงค่าพลังงานที่ทาให้อะตอมที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัว เดียวแตกตัวเป็นอิออนได้
- 41. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect) ปรากฏการณ์ที่ฉายแสงที่มี ความถี่สูง ตกกระทบผิวโลหะ แล้วทาให้เกิดประจุไฟฟ้ าลบ (อิเล็กตรอน) หลุดออกมาจาก โลหะได้ อิเล็กตรอนที่หลุด ออกมาเรียกว่า โฟโตอิเล็กตรอน
- 44. ข้อควรทราบเกี่ยวกับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก 1. ปกติแล้วอิเล็กตรอนในอะตอม ของขั้วแคโทดจะถูกนิวเคลียสยึดเหนี่ยวไว้ ด้วยพลังงานขนาดหนึ่ง เมื่อให้พลังงานแสง แก่อิเล็กตรอนนี้พลังงานส่วนหนึ่ง จะถูก ใช้สลายพลังงานยึดเหนี่ยวนี้พลังงานที่ใช้ ไปนี้เรียกฟังก์ชันงาน (Work function) แทนด้วยสัญลักษณ์ W ซึ่งจะมีขนาดเท่ากับพลังงานยึดเหนี่ยว อิเล็กตรอนนั่นเอง แล้วพลังงานส่วนที่เหลือก็จะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ของ อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ออกไป Eแสง = W + E k ของอิเล็กตรอน
- 45. 2. หากเราให้แสงที่มีพลังงานน้อยกว่า พลังงานยึดเหนี่ยว (W) อิเล็กตรอนจะไม่หลุดออกมาจากแคโทด จะต้องเพิ่มความถี่ ( f ) แสงให้ มากขึ้นจนกระทั่งพลังงานแสงมีค่าอย่างน้อยเท่ากับพลังงานยึดเหนี่ยว อิเล็กตรอนจึงจะหลุดออกมาได้ ความถี่แสงตรงนี้เรียก ความถี่ขีดเริ่ม ( fo) และความยาวคลื่นแสงตรงนี้เรียกความยาวคลื่นขีดเริ่ม (o)
- 46. 3. หากต้องการทดลองหาพลังงานจลน์ ของโฟโตอิเล็กตรอน ให้ต่อขั้วไฟฟ้ าลบเข้า กับแอโนด และขั้วไฟฟ้ าบวกเข้ากับแคโทด ดังรูป หากใช้ความต่างศักย์เหมาะสม เมื่อ อิเล็กตรอนอันมีประจุลบเข้าใกล้ขั้วแอโนด ( ขั้วลบ ) จะเกิดแรงต้านทาให้อิเล็กตรอนหยุดนิ่งแล้วเปลี่ยนพลังงานจลน์ให้ กลายเป็นพลังงานศักย์ ไฟฟ้ า ความต่างศักย์ที่ใช้หยุดอิเล็กตรอนนี้เรียก ความต่างศักย์หยุดยั้ง (Vs)
- 47. 4. พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน ( Ek ) จะแปรผันกับพลังงานแสง , ความถี่แสง และจะแปรผกผันกับพลังงานยึดเหนี่ยว (W) 5. พลังงานยึดเหนี่ยว (W) จึงขึ้นกับชนิดของโลหะที่นามาใช้เป็น แคโทดและไม่เกี่ยวกับขนาดของโลหะขั้วแคโทดนั้น 6. จานวนโฟโตอิเล็กตรอน จะแปรผันตรงกับความเข้มแสง เมื่ออิเล็กตรอนหยุดนิ่งจะได้ว่า Ek = Ep Ek = e Vs เมื่อ Ek คือพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน ( จูล ) e = 1.6 x 10–19 C ( คือประจุอิเล็กตรอน 1 ตัว ) Vo คือความต่างศักย์หยุดยั้ง (โวลต์ )
- 48. โฟโตอิเล็กตรอน คืออิเล็กตรอนชนิดใด 1. อิเล็กตรอนที่มีประจุมากกว่าอิเล็กตรอนธรรมดา 2. อิเล็กตรอนที่ทาปฏิกิริยากับฟิล์มถ่ายรูป 3. อิเล็กตรอนที่หลุดจากผิวโลหะโดยการฉายแสง 4. อิเล็กตรอนที่มีประจุเป็นบวก
- 49. ความถี่ขีดเริ่ม หรือความถี่ตัดขาดของแสงที่ใช้ใน ปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กทริก คืออะไร 1. ความถี่ที่ทาให้โฟตอนมีพลังงานเท่ากับพลังงานยึดเหนี่ยว 2. ความถี่แสงที่พอดี ทาให้อิเล็กตรอนหลุดจากโลหะได้พอดี 3. ความถี่แสงที่ทาให้โฟโตอิเล็กตรอนมีพลังงานจลน์ เท่ากับศูนย์ 4. ถูกทุกข้อ
- 50. ข้อความต่อไปนี้ เป็นเท็จ 1. เมื่อใช้แสงความถี่สูงขึ้น (และสูงกว่าความถี่ขีดเริ่ม) ตก กระทบแคโทด โฟโตอิเล็กตรอนจะมีพลังงานจลน์มากขึ้น 2. หากใช้แสงที่มีความเข้มสูงตกกระทบแคโทด หากเกิด โฟโตอิเล็กทริก จานวนโฟโตอิเล็กตรอนจะมีมาก 3. หากเพิ่มความเข้มแสง โฟโตอิเล็กตรอนจะมีพลังงานจลน์ สูงขึ้น 4. ฟังก์ชันงานจะขึ้นกับชนิดของโลหะที่ใช้ทาขั้วแคโทด
- 51. พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนนั้น 1. ไม่ขึ้นกับความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ 2. ขึ้นกับกาลังหนึ่งของความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ 3. ขึ้นกับกาลังสองของความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ 4. ขึ้นกับรากที่สองของความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ
- 52. ผลการศึกษาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก สรุปได้ดังนี้ 1. โฟโตอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น เมื่อแสงที่ตกกระทบโลหะมีความถี่ ไม่น้อยกว่าค่าความถี่คงตัวค่าหนึ่ง เรียกว่า ค่าความถี่ขีดเริ่ม (f0) 2. จานวนโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น เมื่อแสงที่ใช้มีความเข้มแสง มากขึ้น 3. พลังงานจลน์สูงสุด Ek(max) ของอิเล็กตรอนไม่ขึ้นกับความ เข้มแสง แต่ขึ้นกับค่าความถี่แสง 4. พลังงานจลน์สูงสุดมีค่าเท่ากับความต่างศักย์หยุดยั้ง
- 53. •อิเล็กตรอนที่หลุดออกจากผิวโลหะเรียกว่า โฟโตอิเล็กตรอน (Photoelectrons) •ศักย์หยุดยั้ง (Stopping potential) คือ ความต่างศักย์ที่ทาให้ไม่ มีอิเล็กตรอนที่หลุดจากขั้วบวกมาถึงขั้วลบ
- 54. พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอน Vs เป็นค่าศักย์หยุดยั้ง ความถี่ต่าสุดที่ทาให้โฟโตอิเล็กตรอนเริ่มหลุดออกจากผิว คือ ความถี่ขีดเริ่ม Sk eVmvE 2 maxmax 2 1
- 55. พลังงานส่วนหนึ่ง ( hf0 ) ทาให้อิเล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะได้ ซึ่งเท่ากับ พลังงานยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนของโลหะ เรียกว่า ( work function ) ( W ) และพลังงานที่เหลือเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนซึ่งเท่ากับ พลังงานที่ใช้หยุดยั้งอิเล็กตรอนนั้น ( eVs ) E = hf - W
- 56. สมการของพลังงานโฟโตอิเล็กตรอน Ekmax = eVS = hf - W eVS = hf - hf0 เมื่อ W = hf0 )( e h )( e h )( e h e W