Mais conteúdo relacionado Semelhante a Physics atom part 4 (20) Mais de Wijitta DevilTeacher (20) Physics atom part 41. ฟิ สิ กส์ อะตอม 4
การทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์
รังสี เอ็กซ์ (X – RAY)
ปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริก
(PHOTOELECTRIC EFFECT)
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.
8. ปัญหาทฤษฎีของ BOHR
ไม่ สามารถให้ เหตุผลว่ าทาไมจึงมีวงโคจรเสถียรและมีเงือนไขว่ า
่
mvr n
ไม่ สามารถอธิบายอะตอมหนักๆที่มีอเิ ล็กตรอนหลายๆตัว ได้ ถูกต้ อง
อะตอมที่อยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่ เหล็กจะให้ สเปกตรัมที่ผดไปจากเดิม คือ
ิ
สเปกตรัมเส้ นหนึ่งๆแยกออกเป็ นสเปกตรัมหลายเส้ น(Zeeman effect)
10. การแผ่ รังสี จากวัตถุดา (BLACK BODY RADIATION)
วัตถุทุกชนิดทีมอุณหภูมสูงกว่ าศูนย์
่ ี
ิ
องศาสั มบูรณ์ จะแผ่ คลืนแม่ เหล็กไฟฟา
่
้
สเปกตรัมของรังสี ทแผ่ ออกมาจากแท่ ง
ี่
เหล็กร้ อนจัดเป็ นสเปกตรัมต่ อเนื่อง
(continuous spectrum)
11. วัตถุร้อนไม่ เพียงแต่ จะแผ่ รังสี เท่ านั้น ในขณะเดียวกันยัง
ดูดกลืนรังสี ด้วย
• วัตถุมีอุณหภูมิสูงกว่ าสิ่ งแวดล้ อม อัตราการแผ่ รังสี จะมากกว่ าอัตราการ
ดูดกลืนรังสี
• วัตถุมีอุณหภูมิตากว่ าสิ่ งแวดล้ อม อัตราการดูดกลืนรังสี จะมากกว่ าอัตรา
่
การแผ่ รังสี
• วัตถุมีอุณหภูมิเท่ ากับสิ่ งแวดล้ อม อัตราการแผ่ รังสี จะเท่ ากับอัตราการ
ดูดกลืนรังสี วัตถุจะมีอุณหภูมิคงทีเ่ รียกว่ าวัตถุอย่ ในสมดุลความร้ อน
ู
12. อัตราการแผ่ พลังงานรังสี ของวัตถุร้อนขึนอย่ ูกบ
้
ั
อุณหภูมและชนิดของผิววัตถุ
ิ
วัตถุดา(black body) คือวัตถุทเี่ ป็ นตัวแผ่ และดูดกลืนรังสี ได้
อย่ างสมบูรณ์ และดีทสุด วัตถุดาจะดูดกลืนคลืนแม่ เหล็กไฟฟา
ี่
่
้
ทุกความถีทตกกระทบโดยไม่ สะท้ อนเลย
่ ี่
พลังงานรังสี ทแผ่ ออกจากวัตถุดาจะขึนอยู่กบอุณหภูมเิ พียง
ี่
้
ั
อย่ างเดียว
14. 1. ฟรังก์ และเฮิร์ตซ์ ได้ ทาการทดลองเรื่องการชนกันของอะตอมต่ างๆ
โดยใช้ ประจุอเิ ล็กตรอนกับอะตอมของปรอท
2. เมื่ออิเล็กตรอนชนกับอะตอมของปรอทจะทาให้ เกิดการถ่ ายเท
พลังงานจากอิเล็กตรอนไปยังอะตอม และพลังงานที่อะตอมได้ รับ
จะถ่ ายทอดต่ อไปยังอิเล็กตรอนในอะตอมอีกต่ อหนึ่ง ถ้ าพลังงาน
มากพอที่จะทาให้ เกิดอิเล็กตรอนหลุดออกมาเป็ นอิสระแสดงว่ า
เกิดการ Ionization
15. เมือ นาความต่ างศักย์ ไฟฟาและ
่
้
กระแสไฟฟามาวิเคราะห์ ว่าอะตอมของ
้
ไอปรอทรับพลังงาน จากอิเล็กตรอน
ทุกค่ าอย่ างต่ อเนื่องหรือรับเพียงบางค่ า
โดยเขียนกราฟได้ ดงรู ป
ั
กราฟความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้ าและกระแสไฟฟ้ า
17. จากการทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์ พบว่ า
1. ถ้ าพลังงานจลน์ ที่อเิ ล็กตรอนต่ากว่ า 4.9 eV (ความต่ างศักย์ ที่ใช้ เร่ ง
อิเล็กตรอนต่ากว่ า 4.9 eV ) การชนระหว่ างอิเล็กตรอนและอะตอมของ
ปรอทจะเป็ นการชนแบบยืดหยุ่น (elastic collision) คือ Ekก่ อนชน
เท่ ากับ Ek หลังชนนั่นแสดงว่ า อิเล็กตรอนไม่ สามารถทาให้ อะตอมของ
ปรอทเปลียนระดับพลังงานจาก Ground State ได้ เพราะอะตอมของ
่
ปรอทไม่ สามารถดูดกลืนพลังงานจลน์ ทตากว่ า 4.9 eV ได้
ี่ ่
18. 2. เมื่อเพิมพลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอนเป็ น 4.9 eV ทาให้ อะตอม
่
ของปรอทเปลียนระดับพลังงานจาก Ground State (E1) ไปยัง
่
Excited State (E2) ครั้งแรกสุ ดของการกระตุ้นได้
3.
ถ้ าเพิมพลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอนขึนไปอีก ก็จะกระตุ้นอะตอม
่
้
ของปรอทอะตอมที่สอง และอะตอมที่สามได้ อกเรื่อยๆ แต่ ทุก
ี
อะตอมของปรอทยังคงต้ องการพลังงานจลน์ 4.9 eV เหมือนเดิม
21. สรุปการทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์ พบว่ า
ในการชนระหว่ างอิเล็กตรอนกับอะตอม
จะดูดกลืนพลังงานได้ เพียงบางจานวน
เท่ านั้นซึ่งชี้ให้ เห็นว่ าระดับพลังงานของ
อะตอมไม่ ต่อเนื่อง กันเป็ นไปตามทฤษฎี
ของโบร์ คือ 4.9 , 6.7 , และ 10.4 eV
22. ตามการทดลองของฟรังก์ และเฮิรตซ์ ข้ อสรุปใดไม่ จริ ง
1. อิเล็กตรอนที่มีพลังงานน้ อยกว่ า 4.9 eV จะมีการชนแบบ
ยืดหยุ่นกับอะตอมของ ไอปรอท
2. อิเล็กตรอนทีมีพลังงานมากกว่ า 4.9 eV จะสู ญเสี ยพลังงาน
่
ส่ วนหนึ่งให้ กบอะตอม ของไอปรอท
ั
3. อะตอมของไอปรอทมีค่าพลังงาน ระดับพืนเท่ ากับ 4.9 eV
้
4. อะตอมของไอปรอทมีค่าพลังงานเป็ นชั้นๆ ไม่ ต่อเนื่อง
23. ในการทดลองของฟรังค์ และเฮิรตซ์ ถ้ าเราใช้ หลอดทดลองที่บรรจุ
ไฮโดรเจนแทนหลอด ทีบรรจุไอปรอท จะต้ องให้ พลังงานแก่
่
อิเล็กตรอนน้ อยทีสุดเท่ าใด จึงจะรับพลังงานนั้น
่
( ให้ ระดับพลังงานในหน่ วย eV ของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน
เรียงจากวงในสุ ดเป็ น –13.59 , –3.40 , –1.51 , .... 0 ตามลาดับ )
24. การทดลองของฟรังค์ และเฮิรตซ์ ให้ ผลสรุปที่สาคัญข้ อใด
1. อิเล็กตรอนชนอะตอมแบบยืดหยุ่นเป็ นส่ วนใหญ่
2. อิเล็กตรอนชนกับอะตอมแบบไม่ ยดหยุ่น
ื
3. อะตอมมีระดับพลังงานเป็ นชั้น ๆ
4. กระแสไฟฟาผ่ านแก๊ สทีมีความดันต่า
้
่
30. 5. ทาให้ สารเรืองแสงเกิดสารเรืองแสงได้
6. ทาปฏิกริยากับแผ่ นฟิ ล์ ม
ิ
7. รังสี เอกซ์ มีอนตรายและทาลายเซลล์ ของสิ่ งมีชีวตได้
ั
ิ
8. เมื่อรังสี เอกซ์ กระทบบนแผ่ นโลหะสามารถทาให้ เกิด
ปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริกได้
35. รังสี เอกซ์ ลกษณะเฉพาะ (Characteristic x – rays)
ั
จากรูป อิเล็กตรอนทีมีพลังงานจลน์
่
เข้ าชนอิเล็กตรอนในชั้น K ของ
อะตอมหลุดออก อิเล็กตรอนในชั้นที่
อยู่ถดไปเข้ ามาแทนที่ การเปลียน
ั
่
ระดับพลังงานอิเล็กตรอนในชั้นต่ าง ๆ
ของอะตอมทาให้ เกิดสเปกตรัม
ลักษณะเฉพาะ
37. อิเล็กตรอนบางตัวชนเปา เสี ยพลังงานไปใน
้
การชนหลายๆครั้ง แต่ ละครั้งที่มีการเสี ย
พลังงาน จะได้ โฟตอนออกมาหนึ่งตัว
โฟตอนเป็ นจานวนมากมีพลังงานหรือความ
ยาวคลืนต่ างๆกัน
่
อิเล็กตรอนตัวใดเสี ยพลังงานทั้งหมดไปใน
การชนเพียงครั้งเดียว จะได้ โฟตอนรังสี เอกซ์
มีพลังงานสู งสุ ดเท่ ากับพลังงานจลน์ ของ
อิเล็กตรอนที่เข้ าชน
hfmax = eV
min
hc
eV
1240
min nm
V
38. รังสี เอกซ์ จากการถูกหน่ วง (Bremsstrahlung)
เกิดขึนเมืออิเล็กตรอนพลังงานสู ง วิงด้ วย
้ ่
่
ความเร็วเข้ าใกล้ นิวเคลียสซึ่งมีประจุบวก
ทาให้ อเิ ล็กตรอนเปลียนทิศทาง หรือมีการ
่
เปลียนแปลงความเร็วในลักษณะที่
่
พลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอนลดลง เป็ น
เหตุให้ มการแผ่ พลังงานออกมาในรู ปของ
ี
คลืนแม่ เหล็กไฟฟ้ าหรือโฟตอนเป็ นรังสี
่
เอกซ์ จากการถูกหน่ วง(Bremsstrahlung)
39. จงเลือกข้ อความทีถูกต้ อง
่
1. รังสี เอกซ์ เป็ นคลืนแม่ เหล็กไฟฟ้ าทีมความถีสูงมากและเป็ นสเปกตรัม
่
่ ี
่
ต่ อเนื่อง
2. รังสี เอกซ์ เป็ นคลืนแม่ เหล็กไฟฟาที่มสเปกตรัมต่ อเนื่องซึ่งค่ าความถีสูงสุ ด
่
้ ี
่
ขึนกับชนิด ของโลหะที่ใช้ ทาเป้ า และยังมีสเปกตรัมเส้ นด้ วย
้
3. รังสี เอกซ์ เป็ นคลืนแม่ เหล็กไฟฟาที่มสเปกตรัมเส้ นซึ่งเกิดจากการปล่ อย
่
้ ี
พลังงานของอิเล็กตรอนของอะตอม เมื่ออิเล็กตรอนนั้นเปลียนวงโคจรจาก
่
ที่มีระดับพลังงานต่า ไปสู่ วงโคจรทีมีระดับพลังงานสู งและยังมีสเปกตรัม
่
ต่ อเนื่องด้ วย
4. ไม่ มีข้อใดถูก
40. ทฤษฏีอะตอมของโบร์ สามารถใช้ อธิบายปรากฏการณ์ ต่างๆ
เกียวกับอะตอม ได้ มากมาย เช่ น
่
1. อธิบายถึงการเกิดสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน
2. อธิบายถึงการจัดตัวของอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุ
ไฮโดรเจน
3. อธิบายถึงค่ าพลังงานทีทาให้ อะตอมที่มีอเิ ล็กตรอนเพียงตัว
่
เดียวแตกตัวเป็ นอิออนได้
41. ปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect)
ปรากฏการณ์ ทฉายแสงทีมี
ี่
่
ความถีสูง ตกกระทบผิวโลหะ
่
แล้ วทาให้ เกิดประจุไฟฟาลบ
้
(อิเล็กตรอน) หลุดออกมาจาก
โลหะได้ อิเล็กตรอนทีหลุด
่
ออกมาเรียกว่ า โฟโตอิเล็กตรอน
44. ข้ อควรทราบเกียวกับปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริก
่
1. ปกติแล้ วอิเล็กตรอนในอะตอม ของขั้วแคโทดจะถูกนิวเคลียสยึดเหนี่ยวไว้
ด้ วยพลังงานขนาดหนึ่ง เมื่อให้ พลังงานแสง แก่ อเิ ล็กตรอนนี้ พลังงานส่ วนหนึ่ง
จะถูก ใช้ สลายพลังงานยึดเหนี่ยวนี้ พลังงานที่ใช้ ไปนีเ้ รียกฟังก์ชันงาน (Work
function) แทนด้ วยสั ญลักษณ์ W ซึ่งจะมีขนาดเท่ ากับพลังงานยึดเหนี่ยว
อิเล็กตรอนนั่นเอง แล้ วพลังงานส่ วนที่เหลือก็จะเปลียนเป็ นพลังงานจลน์ ของ
่
อิเล็กตรอนที่เคลือนที่ออกไป
่
Eแสง = W + E k ของอิเล็กตรอน
45. 2. หากเราให้ แสงที่มีพลังงานน้ อยกว่ า พลังงานยึดเหนี่ยว (W)
อิเล็กตรอนจะไม่ หลุดออกมาจากแคโทด จะต้ องเพิมความถี่ ( f ) แสงให้
่
มากขึนจนกระทั่งพลังงานแสงมีค่าอย่ างน้ อยเท่ ากับพลังงานยึดเหนี่ยว
้
อิเล็กตรอนจึงจะหลุดออกมาได้ ความถีแสงตรงนี้ เรียก ความถีขีดเริ่ม
่
่
( fo) และความยาวคลืนแสงตรงนีเ้ รียกความยาวคลืนขีดเริ่ม (o)
่
่
46. 3. หากต้ องการทดลองหาพลังงานจลน์
ของโฟโตอิเล็กตรอน ให้ ต่อขั้วไฟฟาลบเข้ า
้
กับแอโนด และขั้วไฟฟ้ าบวกเข้ ากับแคโทด
ดังรูป หากใช้ ความต่ างศักย์ เหมาะสม เมื่อ
อิเล็กตรอนอันมีประจุลบเข้ าใกล้ ข้วแอโนด
ั
( ขั้วลบ ) จะเกิดแรงต้ านทาให้ อเิ ล็กตรอนหยุดนิ่งแล้ วเปลียนพลังงานจลน์ ให้
่
กลายเป็ นพลังงานศักย์ ไฟฟ้ า ความต่ างศักย์ ทใช้ หยุดอิเล็กตรอนนีเ้ รียก
ี่
ความต่ างศักย์ หยุดยั้ง (Vs)
47. เมื่ออิเล็กตรอนหยุดนิ่งจะได้ ว่า
Ek = Ep
Ek = e Vs
เมือ Ek คือพลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอน ( จูล )
่
e = 1.6 x 10–19 C ( คือประจุอเิ ล็กตรอน 1 ตัว )
Vo คือความต่ างศักย์ หยุดยั้ง (โวลต์ )
4. พลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอน ( Ek ) จะแปรผันกับพลังงานแสง ,
ความถีแสง และจะแปรผกผันกับพลังงานยึดเหนี่ยว (W)
่
5. พลังงานยึดเหนี่ยว (W) จึงขึนกับชนิดของโลหะที่นามาใช้ เป็ น
้
แคโทดและไม่ เกียวกับขนาดของโลหะขั้วแคโทดนั้น
่
6. จานวนโฟโตอิเล็กตรอน จะแปรผันตรงกับความเข้ มแสง
50. ข้ อความต่ อไปนี้ เป็ นเท็จ
1. เมือใช้ แสงความถีสูงขึน (และสู งกว่ าความถีขดเริ่ม) ตก
่
่ ้
่ ี
กระทบแคโทด โฟโตอิเล็กตรอนจะมีพลังงานจลน์ มากขึน
้
2. หากใช้ แสงทีมความเข้ มสู งตกกระทบแคโทด หากเกิด
่ ี
โฟโตอิเล็กทริก จานวนโฟโตอิเล็กตรอนจะมีมาก
3. หากเพิมความเข้ มแสง โฟโตอิเล็กตรอนจะมีพลังงานจลน์
่
สู งขึน
้
4. ฟังก์ ชันงานจะขึนกับชนิดของโลหะทีใช้ ทาขั้วแคโทด
้
่
51. พลังงานจลน์ สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนนั้น
1. ไม่ ขนกับความเข้ มของแสงทีมาตกกระทบ
ึ้
่
2. ขึนกับกาลังหนึ่งของความเข้ มของแสงทีมาตกกระทบ
้
่
3. ขึนกับกาลังสองของความเข้ มของแสงทีมาตกกระทบ
้
่
4. ขึนกับรากทีสองของความเข้ มของแสงทีมาตกกระทบ
้
่
่
52. ผลการศึกษาปรากฏการณ์ โฟโตอิเล็กทริก สรุปได้ ดงนี้
ั
1. โฟโตอิเล็กตรอนจะเกิดขึน เมื่อแสงที่ตกกระทบโลหะมีความถี่
้
ไม่ น้อยกว่ าค่ าความถีคงตัวค่ าหนึ่ง เรียกว่ า ค่ าความถีขีดเริ่ ม (f0)
่
่
2. จานวนโฟโตอิเล็กตรอนจะเพิมขึน เมื่อแสงที่ใช้ มีความเข้ มแสง
่ ้
มากขึน
้
3. พลังงานจลน์ สูงสุ ด Ek(max) ของอิเล็กตรอนไม่ ขนกับความ
ึ้
เข้ มแสง แต่ ขนกับค่ าความถีแสง
ึ้
่
4. พลังงานจลน์ สูงสุ ดมีค่าเท่ ากับความต่ างศักย์ หยุดยั้ง
55. พลังงานส่ วนหนึ่ง ( hf0 ) ทาให้ อเิ ล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะได้ ซึ่งเท่ ากับ
พลังงานยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนของโลหะ เรียกว่ า ( work function ) ( W )
และพลังงานที่เหลือเปลียนเป็ นพลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอนซึ่งเท่ ากับ
่
พลังงานทีใช้ หยุดยั้งอิเล็กตรอนนั้น ( eVs )
่
E = hf - W