คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้ า คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้ า เป็นคลื่นชนิดหน่ึงที่ไม่ตอ้ งใชต้ วั กลางใน การเคล่ือนท่ี เช่น คลื่นวทิ ยุ คล่ืนไมโครเวฟ ปัจจุบนั มีการใชค้ ล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้ าในหลายๆดา้ น เช่น การ ติดต่อสื่อสาร (มือถือ โทรทศั น์ วทิ ยุ เรดาร์ ใยแกว้ นาํ แสง) ทาง การแพทย์ (รังสีเอกซ์) การทาํ อาหาร (คล่ืนไมโครเวฟ) การ ควบคุมรีโมท (รังสีอินฟราเรด)
คล่ืนมีสมบตั ิที่สาํ คญั 2 ประการ คือ ความยาวคลื่น (Wave length) และ ความถ่ีของคลื่น (Frequency)
ความยาวคลนื่ (Wave length) คือ ระยะทางท่ีคล่ืนเคล่ือนท่ีครบ 1 รอบ มีหน่วยเป็นเมตร (m) หรือนาโนเมตร (nm) สญั ลกั ษณ์แทนความยาวคลื่น คือ แลมบ์ดา (λ).
ความถ่ี (Frequency) คือ จาํ นวนรอบของคล่ืนที่เคล่ือนที่ผา่ นจุด ใดจุดหน่ึงใน 1 วนิ าที s มีหน่วยเป็นจาํ นวนรอบต่อวนิ าที ( -1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz) สญั ลกั ษณ์แทนความถ่ี คือ นิว (v )
คล่ืนแสงเป็นคลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้ า มีความถ่ีและความยาว คล่ืนต่างๆกนั แสงท่ีประสาทตาของมนุษยส์ ามารถรับรู้ได้ เรียกวา่ แสงทมี่ องเห็นได้ (visible light) แสงในช่วงคลื่นน้ี จะประกอบดว้ ยแสงสีต่างๆ กนั ตามปกติประสาทตาของมนุษยส์ ามารถสมั ผสั แสงบางช่วง คล่ืนที่ส่องมาจากดวงอาทิตยไ์ ด้ แต่ไม่สามารถแยกเป็นสี ต่างๆ ได้ จึงมองเห็นเป็นสีรวมกนั ซ่ึงเรียกวา่ แสงขาว ถา้ แสงขาวส่องผา่ นปริซึมจะแยกออกเป็นแสงสีรุ้ง ต่อเนื่องกนั เรียกวา่ แถบสเปกตรัมของแสงขาว
แถบสเปกตรัมของแสงขาว
มกั ซ์ พลงั ค์ ไดส้ รุปเก่ียวกบั ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งพลงั งานของ คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้ ากบั ความถี่ของคล่ืนวา่ “พลงั งานของคล่ืน แม่เหลก็ ไฟฟ้ าจะเป็นสดั ส่วนโดยตรงกบั ความถี่ของคล่ืน” ดงั ความสมั พนั ธ์ต่อไปน้ี E = hv เม่ือ E คือ พลงั งานมีหน่วยเป็นจูล h คือ ค่าคงท่ีของพลงั ค์ มีค่า 6.626 x 10-34 จูลวนิ าที v คือ ความถ่ีของคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้ า มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์
นอกจากน้ีความถ่ีของคล่ืนยงั มีความสมั พนั ธ์กบั ความยาวคล่ืน ดงั ต่อไปน้ี v= c λ เม่ือ c คือความเร็วของคลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้ าในสุญญากาศ ซ่ึง เท่ากบั 2.997 x 108 เมตรต่อวนิ าที (อาจใช้ 3.0 x 108 เมตรต่อ วนิ าที) และ λ คือความยาวคลื่น ดงั น้นั ค่าพลงั งานของคลื่น แม่เหลก็ ไฟฟ้ าจึงคาํ นวณไดจ้ ากความสมั พนั ธ์ดงั น้ี
การทดลอง 1.1 การศึกษาสีของเปลวไฟจากสารประกอบ และเส้ นสเปกตรัมของธาตุบางชนิด
ผลการทดลองเผาสารประกอบ สีเปลวไฟ สารประกอบ สีเปลวไฟ สารประกอบ โซเดยี มคลอไรด์ สีเหลอื ง แบเรียมคลอไรด์ สีเหลอื งอมเขยี ว โซเดยี มซัลเฟต สีเหลอื ง แบเรียมไนเตรด สีเหลอื งอมเขยี ว แคลเซียมคลอไรด์ สีแดงอฐิ คอปเปอร์(II)คลอไรด์ สีเขยี วฟ้ า แคลเซียมไนเตรด สีแดงอฐิ คอปเปอร์(II)ซัลเฟต สีเขยี วฟ้ า
สรุป 1. ถ้าสารประกอบทม่ี ธี าตุองค์ประกอบเป็ นโลหะชนิดเดยี วกนั จะให้สีของ เปลวไฟธาตุเหมอื นกนั ถ้าสารประกอบทม่ี ธี าตุองค์ประกอบเป็ นโลหะ ต่างชนิดกนั จะให้สีของเปลวไฟธาตุต่างกนั โดยโลหะ แต่ละชนิดให้สี ของเปลวไฟดงั นี้ Na+ สีเหลอื ง Ba2+ สีเหลอื งเขยี ว Ca2+ สีแดงอฐิ Li+ สีแดงสด Cu2+ สีเขยี วฟ้ า K+ สีม่วง
ผลการทดลองตรวจสเปกตรัมของแสงขาว เปรียบเทยี บสเปกตรัมของแสงอาทติ ย์และแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ จะพบว่าสเปกตรัมทเ่ี ห็นจากแสงอาทติ ย์มลี กั ษณะเป็ นแถบต่อเนื่องกนั เรียกว่าแถบสเปกตรัม ส่วนสเปกตรัมทไ่ี ด้จากแสงของหลอดฟลูออเรส เซนต์น้ันจะเห็นแถบสเปกตรัมของแสงขาวจากดวงอาทติ ย์เป็ นพนื้ แล้ว ยงั เห็นเส้นสเปกตรัมสีเขยี วปรากฏชัดเจนอยู่บนแถบสเปกตรัมสีเขยี ว อย่างชัดเจน ซึ่งเส้นสเปกตรัมทเ่ี ห็นนีเ้ ป็ นสเปกตรัมทเ่ี กดิ จากธาตุท่ี บรรจุในหลอดฟลูออเรสเซนต์
เสน้ สเปกตรัมของธาตุชนิดต่างๆ
สรุป จากการตรวจสเปกตรัมของธาตุชนิดต่างๆพบว่าธาตุแต่ละชนิดจะให้ชุด ของสเปกตรัมแตกต่างกนั ซึ่งเป็ นสมบัตเิ ฉพาะตวั ของธาตุน้ัน เช่นธาตุไฮโดรเจนจะให้สเปกตรัมในช่วงแสงขาว 4 เส้นคอื ม่วง นํา้ เงนิ ฟ้ า แดง
การนําเส้ นสเปกตรัมไปแปลความหมาย
เสน้ สเปกตรัมของไฮโดรเจนในช่วงแสงขาว
อธิบายการเกิดเสน้ สเปกตรัม อเิ ลคตรอนในภาวะปกตจิ ะอยู่ทสี่ ถานะพนื้ (Ground State) ซ่ึงมี พลงั งานตา่ํ สุด เมอ่ื กระตุ้นอะตอม อเิ ลคตรอนจะมพี ลงั งานสูงขนึ้ จงึ ไป อยู่ทสี่ ถานะกระตุ้น (Excite State) มผี ลทาํ ให้อะตอมไม่เสถยี ร อเิ ลคตรอ นจงึ คายพลงั งานเพอ่ื กลบั สู่สถานะพนื้ เช่นเดมิ พลงั งานทค่ี ายออกมี ความถเี่ ฉพาะค่าหนึ่ง ปรากฏเป็ นเส้นสเปกตรัมเกดิ ขนึ้ อเิ ลคตรอนสามารถเปลย่ี นระดบั พลงั งานได้หลายระดบั จงึ เกดิ เส้น สเปกตรัมได้หลายเส้ น
เสน้ สเปกตรัมของไฮโดรเจนในช่วง UV ช่วงแสงขาว และช่วง IR
การเปลย่ี นระดบั พลงั งานของอเิ ลคตรอนจะต้องอยู่ที่ ระดบั พลงั งานน้ันๆ จะเปลยี่ นไปอยู่ระหว่างข้นั ไม่ได้ เปรียบเหมอื นการขนึ้ ข้นั บนั ได
ระดบั พลงั งานในแต่ละข้นั มผี ลต่างของระดบั พลงั งานไม่เท่ากนั ระดบั พลงั งานยงิ่ สูงขนึ้ ผลต่างยงิ่ น้อย เส้นสเปกตรัม ความยาวคลน่ื พลงั งาน (kJ) ผลต่างพลงั งาน (kJ) สีม่วง 410 4.84x10-22 This image cannot currently be display ed. สีนํา้ เงนิ 434 4.57x10-22 สีนํา้ ทะเล 486 4.08x10-22 2.7 X 10 -23Thisimagecannotcurrentlybedisplayed. สีแดง 656 3.02x10-22 This image cannot currently be display ed. 4.9 X 10 -23 10.6 X 10 -23
จากการศึกษาเร่ืองสเปกตรัมทาํ ให้ได้ข้อสรุปว่า 1. เมอื่ อเิ ลก็ ตรอนได้รับพลงั งาน อเิ ลก็ ตรอนจะขนึ้ ไปอยู่ในระดบั พลงั งาน ทสี่ ูงขนึ้ แต่จะอยู่ในระดบั พลงั งานใด กข็ นึ้ อยู่กบั ปริมาณพลงั งานท่ี ได้รับ การทอ่ี เิ ลก็ ตรอนขนึ้ ไปสู่ระดบั พลงั งานใหม่ ซ่ึงมพี ลงั งาน สูงขนึ้ ทาํ ให้อะตอมไม่เสถยี ร อเิ ลก็ ตรอนจงึ เข้ามาอยู่ในระดบั พลงั งาน ทตี่ า่ํ กว่าในการเปลยี่ นตําแหน่งอเิ ลก็ ตรอนจะคาย พลงั งานออกมาใน รูปคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้ า เมอ่ื ส่องด้วยสเปกโทรสโคปจะปรากฏเป็ นเส้น สเปกตรัม
2. อเิ ลก็ ตรอนอาจมกี ารเคลอ่ื นทใ่ี นช้ันต่าง ๆ ได้ โดยไม่จาํ เป็ นต้องเป็ นช้ัน ทอี่ ยู่ตดิ กนั จงึ เป็ นเหตุให้มเี ส้นสเปกตรัมสีต่าง ๆ 3. ภายในอะตอมจะแบ่งพลงั งานเป็ นช้ันๆ โดยระดบั พลงั งานตา่ํ จะอยู่ใกล้ นิวเคลยี ส ระดบั พลงั งานสูงอยู่ไกลนิวเคลยี ส ดงั น้ันอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานตา่ํ จะอยู่ใกล้นิวเคลยี ส อเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานสูงจะอยู่ไกล นิวเคลยี ส 4. ระดบั พลงั งานตาํ่ อยู่ห่างกนั ระดบั พลงั งานสูงจะอยู่ชิดกนั มากขนึ้
แบบจาํ ลองอะตอมของโบร์ นีลย์ โบร์ ได้สร้างแบบจาํ ลองอะตอมใหม่ ซ่ึงมลี กั ษณะคล้ายกบั แบบจาํ ลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด แต่แตกต่างกนั เร่ืองการจดั เรียง อเิ ลก็ ตรอน ดงั น้ันอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนรวมกนั เป็ นนิวเคลยี ส โดยมอี เิ ลก็ ตรอนวง่ิ รอบๆ นิวเคลยี สเป็ นช้ัน ๆ ตามระดบั พลงั งาน ฉะน้ันแบบจาํ ลองอะตอมของโบร์ จงึ คล้ายกบั วงจรของดาว เคราะห์รอบดวงอาทติ ย์ และเรียกระดบั พลงั งานทใ่ี กล้นิวเคลยี สทม่ี ี พลงั งานตาํ่ ทส่ี ุดนีว้ ่าช้ัน K และช้ันถดั ๆ ไปเป็ น L และ M ตามลาํ ดบั ดงั รูป
ภาพแบบจาํ ลองอะตอมของโบร์
แบบจาํ ลองอะตอมกลุ่มหมอก แบบจาํ ลองอะตอมของโบร์ ใช้อธิบายเกยี่ วกบั เส้นสเปกตรัมของธาตุ ไฮโดรเจนได้ดี แต่ไม่สามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของอะตอมทมี่ หี ลาย อเิ ลก็ ตรอนได้ จงึ ได้มกี ารศึกษาเพมิ่ เตมิ ทางกลศาสตร์ควอนตมั แล้ว สร้างสมการสําหรับใช้คาํ นวณ โอกาสทจี่ ะพบอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานต่าง ๆ ขนึ้ มา จนได้แบบจาํ ลองใหม่ ทเี่ รียกว่าแบบจาํ ลองอะตอม แบบกล่มุ หมอก
อเิ ลก็ ตรอนเคลอื่ นทร่ี อบนิวเคลยี สอย่างรวดเร็ว ด้วยรัศมไี ม่แน่นอนจงึ ไม่สามารถบอกตาํ แหน่งทแี่ น่นอนของอเิ ลก็ ตรอนได้บอกได้แต่เพยี ง โอกาสทจี่ ะพบอเิ ลก็ ตรอนในบริเวณต่าง ๆ ปรากฏการณ์แบบนีเ้ รียกว่า กล่มุ หมอกของอเิ ลก็ ตรอน บริเวณทม่ี กี ล่มุ หมอกอเิ ลก็ ตรอนหนาแน่นจะ มโี อกาสพบอเิ ลก็ ตรอนมากกว่าบริเวณทเี่ ป็ นหมอกจาง การเคลอ่ื นทขี่ องอเิ ลก็ ตรอนรอบนิวเคลยี สอาจเป็ นรูปทรงกลมหรือรูป อนื่ ๆ ขนึ้ อยู่กบั ระดบั พลงั งานของอเิ ลก็ ตรอน แต่ผลรวมของกลุ่มหมอก ของอเิ ลก็ ตรอนทุกระดบั พลงั งานจะเป็ นรูปดงั ภาพ
แบบจาํ ลองอะตอมแบบกล่มุ หมอก
สรุปแบบจาํ ลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก 1.อิเลก็ ตรอนไม่สามารถวง่ิ รอบนิวเคลียสดว้ ยรัศมีท่ีแน่นอน บางคร้ังเขา้ ใกล้ บางคร้ังออกห่าง จึงไม่สามารถบอกตาํ แหน่งท่ีแน่นอน ได้ แต่ถา้ บอกไดแ้ ต่เพียง ท่ีพบอิเลก็ ตรอนตาํ แหน่งต่างๆภายในอะตอมและ อิเลก็ ตรอนท่ีเคล่ือนที่เร็วมากจนเหมือนกบั อิเลก็ ตรอนอยทู่ วั่ ไปในอะตอมลกั ษณะ น้ีเรียกวา่ \"กลุ่มหมอก\" 2.กลุ่มหมอกองอิเลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานต่างๆจะมีรูปทรงต่างกนั ข้ึนอยกู่ บั จาํ นวนอิเลก็ ตรอน และระดบั พลงั งานอิเลก็ ตรอน 3.กลุ่มหมอกท่ีมีอิเลก็ ตรอนระดบั พลงั งานต่าํ จะอยใู่ กลน้ ิวเคลียสส่วนอิเลก็ ตรอนท่ี มีระดบั พลงั งานสูงจะอยไู่ กลนิวเคลียส 4.อิเลก็ ตรอนแต่ละตวั ไม่ไดอ้ ยใู่ นระดบั พลงั งานใดพลงั งานหน่ึงคงท่ี 5.อะตอมมีอิเลก็ ตรอนหลายๆระดบั พลงั งาน
Search
