Page 10 - ทฤษฎีควอนตัมและโครงสร้างอะตอม

ห น้ า | 78 บทที่ 3  โครงสร้างอะตอมและทฤษฎีควอนตัม

4. ทฤษฎีควอนตัม
นิสิตเคยสังเกตเส้นลวดที่อยู่ในเตาปิ้งขนมปังเมื่อได้รับความร้อนหรือไม่ เส้นลวดค่อยๆ มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น

จากนั้นเส้นลวดเริ่มให้แสงสีแดง จากนั้นเป็นแสงสีส้ม (ดังภาพ 3-11a) ถ้าเส้นลวดร้อนมากๆ เส้นลวดเกือบเป็น

แสงสีขาว ภาพ 3-11b แสดงสเปกตรัมของวัตถุทั่วๆ ไปเมื่อได้รับความร้อน

ภาพ 3-11 วัตถุที่ร้อนและอุณหภูมิ (a) เส้นลวดในเตาปิ้งขนมปังเมื่อได้รับความร้อน สีของเส้นลวดและสเปกตรัม

ต่อเนื่องของสีเกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น (b) สเปกตรัมของรังสีที่ปล่อยออกมาจากวัตถุ

ร้อน ที่อุณหภูมิสูงมากๆ วัตถุร้อนกลายเป็น “ความร้อนสีขาว (white hot)” เมื่อทุกความยาวคลื่น
ของแสงที่มองเห็นมีความเข้มเท่ากัน [Moore, Chemistry 4 edition หน้า 275, 2011, BrooksCole]

ในปี ค.ศ. 1900 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ Max Planck (1858-1947) ได้อธิบายสเปกตรัมของวัตถุ

ร้อน บ่อยครั้งเรียกว่ารังสีวัตถุด า (blackbody radiation) Planck สมมุติว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟาที่ปล่อยออกมา

เกิดจากการสั่นของอะตอมในวัตถุร้อน เขาเสนอว่าการสั่นของแต่ละอะตอมมีความถี่พื้นฐาน () ของการสั่น
และแสงที่ปล่อยออกมาจะมีพลังงานค่าหนึ่งซึ่งเป็นไปตามสมการดังนี้

E = h (3-2)

เรียก E ว่าพลังงานควอนตัม (quantum of energy) ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า h คือค่าคงที่ของ Planck และมี
–34
ค่า 6.62607 x 10 J  s ซึ่งเป็นค่าที่ได้จากการทดลอง หน่วยของความถี่คือ 1/s ดังนั้นหน่วยของพลังงานที่
ค านวณได้จากสมการนี้คือจูล (J) เราเรียกสมการ (3-2) ว่าสมการของ Planck ถ้าอะตอมที่สั่นเปลี่ยนจาก

ระดับพลังงานสูงกว่าไประดับพลังงานที่ต่ ากว่า พลังงานถูกปล่อยออกมาในรูปของแสงแม่เหล็กไฟฟ้า โดยความ
แตกต่างในพลังงานระหว่างสองระดับพลังงานใดๆ สามารถหาได้จากสมการดังนี้

E = E (ที่พลังงานสูงกว่า) – E (ที่พลังงานต่ ากว่า) = h

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. สมศักดิ์ ศิริไชย