ฟิสิกส์ ทั่วไป สิบเอกกมลศักดิ์ วังคำ 657601431

282 เม่อื โฟตอน รังสเี อก็ ซก์ ระทบกับอิเล็กตรอนในแทง่ แกรไฟต์สามารถนาหลกั การของกลศาสตร์ ของอนุภาคมาใช้อธิบาย โดยใช้หลักการคงที่ของโมนตัมและหลักการอนุรักษ์ของพลังงาน เนื่องจากโฟตอนของรังสีเอ็กซ์มีพลังงานสูง เม่ือตกกระทบอิเล็กตรอนในแกรไฟต์ อเิ ล็กตรอนที่ถูกยึด เหน่ียวไว้กับอะตอมจึงเสมือนเป็นอนุภาคเป็นอนุภาคอิสระ เนื่องจากโฟตอนมีพลังงานสูง จึงต้องใช้ ทฤษฎีสมั พทั ธภาพ f0 , 0 Recoiling electron   f ,  รูปที่ 11.9 แสดงการชนกันระหว่างโฟตอนกบั อิเล็กตรอน λλ h (1 cosθ) (11.21) m0c เมอ่ื λ คือ ความยาวคลน่ื ของรงั สีเอก็ ซห์ ลังตกกระทบแกรไฟต์ λ คือ ความยาวคลื่นของรงั สีเอก็ ซห์ ลังการกระเจงิ แกรไฟต์

283 ตัวอย่างท่ี 11.5 ถ้าฉายรังสีเอก็ ซ์ความยาวคล่ืน 0.0024 nm ชนกับอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุ ชนดิ หนง่ึ เกิดการกระเจิงไปจากแนวเดมิ เปน็ มมุ 60o จงหา (a) ความยาวคลน่ื ทีเ่ ปลี่ยนไป (b) พลงั งานจลนข์ องอิเลก็ ตรอนที่ถูกชน วธิ ีทา (a) จาก λ λ = h (1 cosθ) m0c λ = λ + h (1 cosθ) m0c = (0.0024 10 9m) + (6.63 10 34J.s) (1 cos60) (9.1 10 31kg)(3 108m/s) = 0.024 10 10m + 0.012 10 9m λ = 0.036 10 10m (b) E = hf hf = h c c λ λ = (6.63 10 34J.s) 3 108m/s 3 108m/s 0.024 10 10m 0.036 10 10m = (6.63 10 34J.s) 1.25 10201/s 0.83 10201/s E = 2.8 10 17 J

284 บทสรปุ กฎของสเตฟาน-โบลตซ์มานน์ พลังงานที่แผ่ออกมาจากวัตถุดา จากพ้ืนท่ี 1 ตารางเมตร แปรผัน ตรงกบั กาลังสข่ี องอุณหภมู สิ ัมบรู ณ์ของวตั ถุดา P = σAeT4 ควอนตัม อะตอมท่ีกวัดแกว่งสามารถดูดกลืนหรือปล่อยพลังงานออกมาอย่างไม่ต่อเน่ือง หรือมี พลังงานในการส่ันเป็นขั้นๆ การที่พลังงานมีค่าต่างกันเป็นข้ันๆ เรียกว่า ควอนไตเซชัน และค่า พลังงานทีต่ วั แผร่ งั สีปล่อยหรือดูดกลนื เรยี กว่า โฟตอน พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ของอะตอมข้ึนกับความถ่ี f ถ้าความถ่ีสูงพลังงานจะสูงด้วย เป็นปริมาณ จานวนเตม็ บวกกับปรมิ าณมูลฐานของพลงั งาน hf ดงั สมการ En = nhf ปรากฏการณโ์ ฟโตอเิ ลก็ ตรกิ คือ ปรากฎการณ์ทม่ี ีอเิ ลก็ ตรอนหลุดออกมาจากผิวโลหะเมอ่ื มีแสงตก กระทบ ซ่ึงอิเลก็ ตรอนทีห่ ลดุ ออกมาจะมพี ลงั งานขนึ้ อยู่กบั ความถีข่ องแสงท่ตี กกระทบ เรยี ก อเิ ล็กตรอนท่ีหลดุ ออกมาว่า โฟโตอิเล็กตรอน eV0 hf รงั สเี อ็กซ์ เกิดจากอเิ ลก็ ตรอนความเรว็ สงู เคล่ือนท่ีในสนามไฟฟ้าของนิวเคลยี สของอะตอมทเ่ี ป็นเป้า อิเลก็ ตรอนจะเปล่ยี นแนวการเคล่อื นทเี่ นื่องจากมีแรงกระทาหรือมีความเรง่ จึงแผ่รังสอี อกมาเปน็ คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟา้ λmin = hc eV การกระเจิงของคอมป์ตนั การกระเจิงรงั สเี อกซ์ของอิเล็กตรอนในอะตอม ความยาวคลื่นของรังสี เอกซ์หลงั การกระเจงิ จะเปลี่ยนไปข้ึนกบั มุมของการกระเจงิ λλ h (1 cosθ) m0c

285 แบบฝึกหัดทบทวน 1. ลาแสงสีน้าเงินและแสงสีแดงให้พลังงานแต่ละลาแสงทั้งหมดเท่ากับ 2500 eV ถ้าความยาวคลื่น ของสีแดงเทา่ กบั 690 nm สีนา้ เงนิ เทา่ กับ 420 nm จงหาจานวนโฟตอนของแต่ละลาแสง 2. ในขณะท่ีทาการทดลองปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกด้วยแสงความถ่ีหน่ึง พบว่าต้องใช้ความต่าง ศักย์ย้อนกลับ 1.25 V เพื่อลดกระแสเป็นศูนย์ จงหา (a) พลังงานจลน์สูงสุด (b) อัตราเร็วสูงสุด ของโฟโต อเิ ลก็ ตรอนท่ีถูกปล่อยออกมา 3. ความยาวคลื่นของรังสีเอ็กซ์เท่ากับ 0.2 nm กระเจิงจากวัตถุดาเป็นมุมเท่ากับ 45o กับแนวเดมิ จงหา (a) ความยาวคล่นื ของรงั สีเอก็ ซ์ทม่ี มุ นี้ (b) พลังงานทเ่ี ปลีย่ นแปลงของโฟตอนท่ีชน 4. เมื่อโลหะถูกฉายแสงด้วยความถ่ี 3x1015 Hz มีศักย์หยุดย้ังเท่ากับ 7 eV จงหาฟังก์ชนั งานของ โลหะน้ี 5. แถบพลังงานของรังสีเอ็กซ์ในสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจาก 1x108 m ไปยัง 1x1013 m จงหา ความเร็ว ทน่ี อ้ ยทีส่ ุดในการข้ามระหว่างสองแถบพลังงาน 6. รังสีเอ็กซ์กระเจิงจากอิเล็กตรอนในเป้าคาร์บอนและวัดความยาวคล่ืนท่ีเลื่อนไปเท่ากับ 1.5x103 nm จงหามุมของการกระเจิง 7. จงหาพลังงานและโมเมนตัมของโฟตอนทม่ี ีความยาวคลืน่ เทา่ กับ 700 nm

บรรณานกุ รม ภาควิชาฟิสิกส์ จฬุ าลงกรณ์มหาวทิ ยาลยั . (2558). ฟิสิกส์ 1. กรุงเทพฯ: โรงพิมพแ์ หง่ จฬุ าลงกรณ์ มหาวิทยาลยั . ภาควชิ าฟิสกิ ส์ จฬุ าลงกรณม์ หาวิทยาลยั . (2555). ฟสิ ิกส์ 2. กรุงเทพฯ: โรงพิมพแ์ ห่งจุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลยั . Bueche, F.J., & Hecht, E. (1997). Theory and problems of college physics. 9th ed. U.S.A.: McGraw-Hill. Serway, R.A., & Jewett, J.W. (2004). Physics for scientistic and engineers. 6th ed. California: Thomson Brooks/Cole. Serway, R.A., & Faughn, J.S. (2006). College physics. 7th ed. Belmont, CA: Thomson Brooks/Cole. Serway, R.A., & Jewett, J.W. (2014). Physics for scientistic and engineers with modern physics. 9th ed. U.S.A.: Brooks/Cole. Wolfson, R. (2007). Essential university physics. 2nd ed. U.S.A.: Addison-Wesley. Young, H.D., Freedman, R.A., & Ford, A.L. (2012). University physics with modern physics. 13th ed. U.S.A.: Addison-Wesley.