สมมติฐานของเดอบรอยล์ ฟิสิกส์อะตอม

สมมติฐานของ เดอบรอยล์ ฟิสิกส์อะตอม

คำนำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์(E-book) เล่มนี้ มีเนื้อหา เกี่ยวกับสมมติฐานของเดอบรอยล์ นักฟิสิกส์ ชาวฝรั่งเศส ได้เสนอความคิดเกี่ยวกับอนุภาคอิเล็กตรอนมีสมบัติของคลื่น จัดทำขึ้นตามผลการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี มีจุดประสงค์เพื่อใช้ประกอบการเรียนการสอน ในรายวิชาฟิสิกส์ ผู้จัดทำหวังเป็นอย่างยิ่งว่า หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ (B-book) เล่มนี้ จะเป็นประโยชน์ต่อผู้อ่านหรือผู้ที่กำลัง ศึกษาหาข้อมูลเรื่องนี้อยู่ ไม่มากก็น้อย หากมีข้อแนะนำหรือ ข้อผิดพลาดประการใด ผู้จัดทำขอน้อมรับไว้และขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วย นางสาวปิยะภรณ์ นาคราช 9 ม.ค. 2565

สารบัญ หน้า เรื่อง 1-3 4 สมมติฐานของเดอบรอยล์ 5-8 คำถามตรวจสอบความเข้าใจ/แบบฝึกหัด เฉลย

1 สมมติฐานของเดอบรอยล์ ในปี พ.ศ. 2467 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ หลุยส์ เดอบรอยล์ ได้เสนอสมมติฐานที่ปฏิวัติแนวคิดเดิมเกี่ยวกับ อนุภาคในทำนองว่า ในเมื่อแสงซึ่งประพฤติตัวเป็นคลื่น สามารถแสดงสมบัติของอนุภาคได้ สิ่งที่เป็นอนุภาค เช่น อิเล็กตรอน ก็น่าจะแสดงสมบัติของคลื่นได้เช่นกัน ตาม สมมติฐานของเดอบรอยล์ (de Broglie's hypothesis) อนุภาคที่ประพฤติตัวเป็นคลื่นจะมีความยาวคลื่น ( λ ) ซึ่ง เรียกว่า ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ (de Broglie wavelength) ซึ่งมีค่าขึ้นกับโมเมนตัม ( P ) ของอนุภาค ตามสมการ = โมเมนตัม = ความยาวคลื่น = ค่าคงตัวของพลังค์ มีค่า ประมาณ 6.626 x 10-34 J S

2 ในปี พ.ศ. 2470 คลินตัน โจเซฟ เดวิสสัน (Clinton Joseph Davisson) และ เลสเตอร์ ฮัลเบิร์ต เจอร์เมอร์ (Lester Halbert Germer) ได้ทำการ ทดลองพบว่า อิเล็กตรอนสามารถเลี้ยวเบนผ่าน ผลึก นิกเกิลได้และปรากฏลวดลายการแทรกสอดในลักษณะ คล้ายกับลวดลายการแทรกสอดของคลื่นแสง ดังรูป ซึ่ง เป็นการยืนยันสิ่งที่เดอ เบรย ได้นำเสนอไว้ ลวดลายจากการเลี้ยว ลวดลายจากการเลี้ยว เบนของอิเล็กแสง เบนของอิเล็กตรอน

3 สมมติฐานของพลังค์กับแนวคิดของไอน์สไตน์และเดอ บรอย ทำให้สรุปว่า คลื่นสามารถประพฤติตัวเป็นอนุภาค ได้ในทำนองกลับกัน อนุภาคก็สามารถประพฤติตัวเป็น คลื่นได้เช่นกัน โดยคลื่นที่มีความถี่ f (หรือ ความยาวคลื่น) จะมีพลังงาน E = hf ส่วนอนุภาคที่มี โมเมนตัม p จะมี ความยาวคลื่น สมบัติดังกล่าวนี้ เรียกว่า ทวิภาวะของคลื่นและอนุภาค (wave-particle duality)

4 คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 1. ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ ขึ้นอยู่กับปริมาณได 2. วัตถุขนาดใหญ่ที่เราพบเห็นในชีวิตประจำวันจะแสดง สมบัติคลื่นให้สังเกตได้หรือไม่ อธิบาย 3. อิเล็กตรอนสามารถแสดงสมบัติความเป็นคลื่นหรือ อนุภาคได้พร้อมกัน หรือไม่ อธิบาย แบบฝึกหัด 1. โปรตอนที่มีมวล 1.67 × 10-27 กิโลกรัม และกำลังเคลื่อนที่ ด้วยอัตราเร็ว 5.0 × 107 เมตรต่อวินาที มีความยาวคลื่น เดอบรอยล์เท่าใด 2. รถแข่งที่มีมวล(รวมผู้ขับ) 650 กิโลกรัม ขณะกำลัง เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 300 กิโลเมตรต่อชั่วโมง มีความยาว คลื่นเดอบรอยล์เท่าใด 3. ลูกบอลลูกหนึ่งมีมวล 0.40 กิโลกรัม กำลังเคลื่อนที่ด้วย อัตราเร็ว 10 เมตรต่อวินาที ก. จงหาความยาวคลื่นเดอบรอยล์ ข. ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ของลูกบอลนี้จะวัดในห้อง ทดลองได้หรือไม่ เพราะเหตุใด

5 เฉลย คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 1. ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ขึ้นอยู่กับปริมาณใด แนวคำตอบ โมเมนตัมเชิงเส้น 2. วัตถุขนาดใหญ่ที่เราพบเห็นในชีวิตประจำวันจะแสดง สมบัติคลื่นให้สังเกตได้หรือไม่ อธิบาย แนวคำตอบ วัตถุขนาดใหญ่ขณะเคลื่อนที่สามารถประพฤติ ตัวเสมือนเป็นคลื่นได้ตามสมมติฐานของเดอบรอยล์ แต่คลื่นที่เกิดขึ้นสังเกตได้ยาก เพราะมีความยาวคลื่น เดอบรอยล์น้อยมากจนไม่อาจวัดได้ด้วยเครื่องมือใด ๆ ที่ มนุษย์สร้างขึ้นขณะนี้ 3. อิเล็กตรอนสามารถแสดงสมบัติความเป็นคลื่นหรือ อนุภาคได้พร้อมกันหรือไม่ อธิบาย แนวคำตอบ อิเล็กตรอนไม่สามารถแสดงสมบัติความเป็น คลื่นหรืออนุภาคได้พร้อม ๆ กัน เนื่องจากปรากฏการณ์ ต่าง ๆ ในอะตอม อิเล็กตรอนจะแสดงสมบัติที่เด่นชัดว่า เป็นคลื่นหรืออนุภาค เพียงอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น ซึ่งเราสามารถบอกได้ว่าอิเล็กตรอนเป็นคลื่นหรืออนุภาค เมื่อมีการทดลองให้อิเล็กตรอนแสดงพฤติกรรมออกมา เท่านั้น

6 เฉลย แบบฝึกหัด 1. โปรตอนที่มีมวล 1.67 × 10-27 กิโลกรัม และกำลัง เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 5.0 × 107 เมตรต่อวินาที จงหาความยาวคลื่นเดอบรอยล์ วิธีทำ จากโจทย์ h = 6.626 × 10-34 J s m = 1.67 × 10-27 kg v = 5.00 × 107 m/s จากสมการ แทนค่า ตอบ ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ของโปรตอนเท่ากับ 7.94 x 10-15 เมตร

7 2. รถแข่งที่มีมวล(รวมผู้ขับ) 650 กิโลกรัม ขณะกำลัง เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 300 กิโลเมตรต่อชั่วโมง มีความ ยาวคลื่นเดอบรอยล์เท่าใด วิธีทำ จากโจทย์ h = 6.626 × 10-34 J s m = 650 kg v = 300 km/hr = 83.3 m/s จากสมการ แทนค่า ตอบ ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ของรถแข่งเท่ากับ 1.22 x 10-38 เมตร

8 3. ลูกบอลลูกหนึ่งมีมวล 0.40 กิโลกรัม กำลังเคลื่อนที่ ด้วยอัตราเร็ว 10 เมตรต่อวินาที วิธีทำ ก. จงหาความยาวคลื่นเดอบรอยล์ จากโจทย์ h = 6.626 × 10-34 J s m = 0.40 kg v = 10 m/s จากสมการ แทนค่า ตอบ ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ของลูกบอลเท่ากับ 1.7 x 10-34 เมตร ข. ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ของลูกบอลนี้จะวัด ในห้องทดลองได้หรือไม่ เพราะเหตุใด ตอบ ไม่สามารถวัดได้เนื่องจากยังไม่มีเครื่องมือใดๆ ที่สามารถตรวจสอบคลื่นที่มีความยาวคลื่นสั้น ขนาดนี้ได้

จัดทำโดย นางสาวปิยะภรณ์ นาคราช เลขที่ 14 ม.6/2 เสนอ ขุมขำ อาจารย์ ไพโรจน์ โรงเรียนชาติตระการวิทยา สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษา พิษณุโลก อุตรดิตถ์