ฟิสิกส์อะตอม 4 การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์ รังสีเอกซ์ ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

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

13. การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์

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

26. หลอดรังสีเอกซ์(x-ray tube)

28. รังสีเอกซ์
มีสมบัติอย่างไรบ้าง

29. 1. ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ า
2. เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก
3. มีอานาจทะลุทะลวงสูง
4. ทาให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออนได้

30. 5. ทาให้สารเรืองแสงเกิดสารเรืองแสงได้
6. ทาปฏิกิริยากับแผ่นฟิล์ม
7. รังสีเอกซ์มีอันตรายและทาลายเซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้
8. เมื่อรังสีเอกซ์ กระทบบนแผ่นโลหะสามารถทาให้เกิด
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกได้

31. รังสีเอกซ์
เกิดขึ้นได้อย่างไร

32. การคานวณหาความถี่สูงสุดของรังสีเอกซ์
เนื่องจากอิเล็กตรอน จะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้ าเป็นคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้ า (รังสีเอกซ์)
จึงได้ว่า W = E รังสีเอกซ์
e V = h f max = hc/λmin

33. การเกิดรังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะค่า
ยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีอะตอมของโบร์
ที่ว่า อะตอมมีระดับพลังงานเป็นชั้น ๆ

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

43. •ฉายแสงความถี่
เดี่ยวให้ตกกระทบ
ผิวโลหะ จะมี
อิเล็กตรอนหลุด
จากผิวโลหะได้

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
