กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (stefan-boltzmann...
TRANSCRIPT
![Page 1: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/1.jpg)
1
• Black Body• กฎของชเตฟาน-โบลตซมนน(Stefan-Boltzmann law)• กฎของวน• กฎเรยล-จนส• ควอนตม
บทท 8 :ทฤษฎควอนตมเบองตน
1/2560
![Page 2: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/2.jpg)
2
บทท 8 : Blackbody
วตถในอดมคตทดดกลนคลนแมเหลกไฟฟาไดในทกยานความถจะสามารถปลดปลอยคลนแมเหลกไฟฟาไดดในทกยานความถเชนเดยวกน
การทดลองอาจแทนวตถด าดวยโพรงโลหะภายในกลวงและสงเกตการแผรงสผานรทเจาะไวดานหนง
1/2560
![Page 3: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/3.jpg)
3
ขอใดกลาวถงวตถด าไมถกตอง
1) วตถด าปลดปลอยและดดกลนคลนแมเหลกไฟฟาไดทกความยาวคลน2) วตถด าปลดปลอยคลนแมเหลกไฟฟาทมความเขมของสเปคตรมแตกตางกนในแตละความถ3) ความยาวคลนของรงสทเทากนยอมใหความเขมของการแผรงสจากวตถด าทเทากนดวย4) วตถด าทมอณหภมสง จะปลดปลอยคลนแมเหลกไฟฟาทความยาวคลนต า5) สเปคตรมของวตถด าขนอยกบอณหภมของวตถด า
1/2560
![Page 4: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/4.jpg)
4
11 2(10 W/m )
เรยกวา คาคงตวของชเตฟาน-โบลตซมนน
บทท 8 : กฎของชเตฟาน-โบลตซมนน และ กฎขอบวน
• ทความเขมของการแผรงสมคาสงสด ทคา 𝜆m• 𝜆m มความสมพนธกบและอณหภม T ของวตถในหนวยเคลวน
กฎการกระจดของวน (Wien’s displacement law)1/2560
![Page 5: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/5.jpg)
5
บทท 8 : แบบฝกหด /กฎของชเตฟาน-โบลตซมนน และ กฎของวน
นกวทยาศาสตรสามารถบอกอณหภมของวตถตางๆ ไดโดยการวดสเปกตรมการแผรงสความรอน จงบอกอณหภมของวตถตางๆ ดงตอไปน ก าหนดให: ดวงอาทตย (500 nm), เครองยนตไอพน (3.6 μm ), มนษย (9.5 μm ), จกรวาล(1.06 mm)
1/2560
![Page 6: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/6.jpg)
6
ใชอปกรณวดสเปกตรมรงสทปลดปลอยออกมาจากเตาหลอมอนหนงพบวาความเขมสงสดของสเปกตรมดงกลาวอยทคาความยาวคลน 1.16 ไมโครเมตร ใหหาอณหภมของเตาหลอม
1) 1250 K2) 2500 K3) 5000 K4) 10000 K5) 775 K
ดาวฤกษดวงหนงเปลงแสงโดยมสเปกตรมการแผรงสของวตถด าตามรป ดาวดวงนมอณหภมทผวเทาใด
1) 3200 K2) 4300 K3) 5800 K4) 6700 K5) 7600 K
1/2560
![Page 7: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/7.jpg)
7
• เราใชความรในเรองใด ในการหาอณหภมของวตถด า จากขอมลสเปกตรมการแผรงสของวตถด านนๆ
1) Newton’s law2) Faraday-Lenz’ law3) Gauss’s law4) Biot-Savart’s law5) Wein displacement law
• ดาวซรอส (Sirius A) เปนดาวฤกษสน าเงนทสองสวางทสด อยในกลมดาว canis major มคาλ𝑚 = 290 𝑛𝑚 จะประมาณคาอณหภมทผวดาวไดเทาใด ถาก าหนดให 𝑏 = 2.91 × 10−3 𝑚𝐾
1) 4000 K2) 5000 K3) 6000 K4) 8000 K5) 10000 K
1/2560
![Page 8: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/8.jpg)
8
บทท 8 : แบบฝกหด /กฎของชเตฟาน-โบลตซมนน และ กฎขอบวน
A) จงหาก าลงรวมของการแผรงสตอพนท 𝐼 (𝑇) บนผวดวงอาทตยB) ก าหนดใหรศมของดวงอาทตย r s = 6.69 x 108 m และรศมวงโคจร R = 1.50 x 1011 m ของโลกรอบดวงอาทตย จงหาความเขมของแสง อาทตยบนผวโลก 𝐼𝑒𝑎𝑟𝑡ℎ
5800
1/2560
![Page 9: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/9.jpg)
9
ทฤษฎกลศาสตรและแมเหลกไฟฟาแบบเดม
คอคาคงตวของโบลตซมนน
กฎของเรยล-จนส (Rayleigh-Jeans’ law)
ไมเปนไปตามผลทไดจากการทดลอง
แนวคดใหม
ควอนตม
1/2560
![Page 10: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/10.jpg)
10
บทท 8 : พลงงานโฟตอน
พลงงานมคาตางกนเปนขน ๆ และไมตอเนองนเรยกวา ควอนไตเซชน(quantization)
อเลคตรอนตกจากระดบพลงงาน 𝐸𝑛 → 𝐸𝑛−1: ปลดปลอยพลงงานโฟตอน (พลงงานแสง) มคา 𝐸𝑛 - 𝐸𝑛−1 = ℎ𝑓 หรอ
Δ𝐸 = 𝐸𝑛 - 𝐸𝑛−1 = ℎ𝑓 = ℎ𝑐
𝜆
1/2560
= 𝐸𝑖 - 𝐸𝑓 = ℎ𝑓
![Page 11: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/11.jpg)
11
บทท 8 :ทฤษฎอะตอมของโบร
• ในอะตอมไฮโดรเจนอเลกตรอนโคจรรอบนวเคลยส (โปรตอน) โดยดงดดกนดวยแรงคลอมบ และมวงโคจรบางวงทเสถยรอเลกตรอนโคจรไดโดยไมเสยพลงงาน
• การเปลยนต าแหนงระหวางวงโคจรจะมการดดกลนหรอปลดปลอยพลงงานในรปของโฟตอน
ซงมคาเทากบผลตางระดบพลงงานในแตละวง
• รศมของวงโคจร มคา 𝑟𝑛 = 𝑛2𝑎0
𝑎0 = 0.0529 𝑛𝑚 = รศมของโบร 𝐵𝑜ℎ𝑟′𝑠 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑢𝑠
ℎ𝑓 = 𝐸𝑖 − 𝐸𝑓
• พลงงานของวงโคจร มคา 𝐸𝑛 = −13.6
𝑛2𝑒𝑉
1/2560
![Page 12: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/12.jpg)
12
จงค านวณหาความยาวคลนของโฟตอนตอไปน(a) รงสแกมมา พลงงาน 1 MeV(b) รงสเอกซ พลงงาน 1 keV(c) รงสเหนอมวงหลงงาน 4 eV(d) แสงสแดงพลงงาน 2 eV(e) รงสใตแดงพลงงาน 1 eV
บทท 8 : แบบฝกหด/ควอนตม
จล =1 𝑒𝑉
1.6 𝑥 10−19
1/2560
![Page 13: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/13.jpg)
13
วงโคจร n = 1: E1 = -13.6 eV เรยกวา พลงงานสถานะพน (ground state energy)n = 2: E2 = -3.40 eV เรยกวา พลงงานสถานะกระตนท 1 (first excited state)n = 3: E3 = -1.51 eV เรยกวา พลงงานสถานะกระตนท 2
บทท 8 :ทฤษฎอะตอมของโบร
พลงงานของวงโคจร มคา 𝐸𝑛 = −13.6
𝑛2𝑒𝑉
2 2
13.6 13.6i f
i f
hcE E
n n- = = - +
จงหารศมของวงโคจรในสถานะกระตนท 2
3n =2
3 0 09 4.761 År a n a= = =
1/2560
![Page 14: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/14.jpg)
1/2560 14
จากทฤษฏอะตอมไฮโดรเจนของโบร อเลกตรอนทสถานะถกกระตนท 1 (n = 2) อยทระดบพลงงานกอเลกตรอนโวลต
1) -13.6 2) -6.8 3) -4.5 4) -3.4 5) -1.5
จากทฤษฏอะตอมไฮโดรเจนของโบร เมออเลกตรอนเปลยนระดบพลงงานจาก สถานะ n = 3 ไปเปน สถานะ n = 2 จะปลดปลอยโฟตอนทมพลงงานกอเลกตรอนโวลต
1) 1.0 2) 1.9 3) 2.8 4) 4.5 5) 5.6
![Page 15: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/15.jpg)
1/2560 15
ตามแบบจ าลองของ Bohr ในอะตอมไฮโดรเจน อเลกตรอนทสถานะถกกระตนท 3จะมโคจรเปนวงกลมทมรศมเปน กเทาของ Bohr’s radius (ao)
1) 4 เทา 2) 9 เทา 3) 16 เทา 4) 25 เทา 5)36 เทา
ในอะตอมของไฮโดรเจน ถาอเลคตรอนเคลอนทจากชนสถานะถกกระตนท 2 ลงมาอยทชนสถานะพน อะตอมจะปลดปลอยโฟตอนทมความยาวคลนเทาใด
1) 102 nm 2) 121 nm 3) 450 nm 4) 820 nm 5)1450 nm
![Page 16: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/16.jpg)
1/2560 16
• การทมอเลกตรอนหลดออกมาจากผวโลหะเมอมแสงตกกระทบ มพลงงาน ℎ𝑓• เมอความถของแสงมากกวา ความถขนต า 𝑓0• สมการความสมพนธระหวางพลงงานโฟตอน กบอเลคตรอนทหลดออกมา :
ℎ𝑓 = 𝐾𝑚𝑎𝑥 + ∅ℎ𝑓 = 𝑒𝑉0 + ∅
บทท 8 :ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก
∅ = ฟงกชนงาน 𝑤𝑜𝑟𝑘 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛หรอ พลงงานยดเหนยว
𝐾𝑚𝑎𝑥 = พลงงานจลนทอเลคตรอนหลดจากผวหรอ = 𝑒𝑉0 พลงงานทปอนจากแบตเตอร
A+ -
V
++
+
คาโทด
---
I = 0Forward bias
A+ -
แสงตกกระทบ
Reverse bias
+
+
+
อเลคตรอนหลดจากโลหะ
---
-V
อาโนด
แสงตกกระทบอเลคตรอนหลดจากโลหะ
แสงตกกระทบ
0
แรงดนไฟฟาศกยหยดยง 𝑉0 (stop voltage) เพอไมใหอเลคตรอนวงจากขวแคโทดไปยงอาโนด
![Page 17: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/17.jpg)
17
บทท 8 :ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก
ℎ𝑓 = 𝐾𝑚𝑎𝑥 + ∅ℎ𝑓 = 𝑒𝑉0 + ∅
1 𝑒𝑣 = 𝑞𝑉 = 1.602 𝑋 10−19 (C) * V (volts)
1 𝑒𝑣 = 1.602 𝑋 10−19 (J)
ℎ = 6.626 𝑋 10−34 𝐽. 𝑠 = 4.14 𝑋 10−15 𝑒𝑉. 𝑠
1/2560
![Page 18: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/18.jpg)
18
บทท 8 :ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก
ℎ𝑓 = 𝐾𝑚𝑎𝑥 + ∅ℎ𝑓 = 𝑒𝑉0 + ∅
𝑒𝑉0 = ℎ𝑓 − ∅
𝑉0 =ℎ𝑓
𝑒−∅
𝑒
Plot 𝑉0 กบ 𝑓
ความชน = ℎ
𝑒จดตดแกน Y: −
∅
𝑒
จดตดแกน X: 𝑓0 คาความถขนต า
𝑓0=𝑐
𝜆0
−−→ คาศ กยไฟฟาหยดยง𝑉0 = 0
𝑒𝑉0 = 0 = ℎ𝑓0− ∅
1/2560
![Page 19: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/19.jpg)
19
บทท 8 :ปรากฏการณโฟโตอเลกทรกℎ𝑓 = 𝐾𝑚𝑎𝑥 + ∅ℎ𝑓 = 𝑒𝑉0 + ∅
เมอใชแสงสหนงท าการทดลองโฟโตอเลกทรก ตองใชคาศกยหยดยง 1.5 Va) จงหาพลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอนb) จงหาความเรวสงสดของโฟโตอเลกตรอน
อเลกตรอนมมวลเทากบ 9.1×10-31 kg
𝐾𝑚𝑎𝑥 = 𝑒𝑉0 = 𝑒 ∗ 1.5 𝑉 = 1.5 𝑒𝑉
= 1.5 𝑒𝑣 ∗ 1.602 𝑋 10−19 𝐽
1 𝑒𝑉=2.403 𝑋 10−19 𝐽
𝐾𝑚𝑎𝑥 =12𝑚𝑣
2
𝑣 = 2𝐾𝑚𝑎𝑥𝑚 =
2 ∗ 2.403 𝑋 10−19 𝐽
9.1 𝑋 10−31 𝑘𝑔1/2560
![Page 20: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/20.jpg)
1/2560 20
f (X1015 Hz)
V0 (Volt)
1.0 2.0 3.0 4.0-4.0
0.0
8.0
4.0
จากการทดลอง Photoelectric effect เมอใชโลหะชนดหนง พบวาขอมลระหวาง ศกยหยดยง และความถของแสง เปนไปตามกราฟ
โลหะนมฟงกชนงานเทาใด
1) 0.5 eV 2) 1.8 eV3) 2.1 eV 4) 3.3 eV5) 5.3 eV
แสงความยาวคลนใดตอไปน เมอน ามาฉายลงบนวสดนแลวจะม electron หลดออกมา 1) 1200 nm 2) 1000 nm 3) 900 nm 4) 800 nm 5) 600 nm
บทท 8 :ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก
![Page 21: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/21.jpg)
21
บทท 8 :ปรากฏการณโฟโตอเลกทรกทองค ามคาฟงกชนงาน 5.1 eVa) ถาใชแสงความยาวคลน 200 nm จงหาพลงงานจลนสงสดของโฟโตอเลกตรอนb) จงหาความยาวคลนแสงทสมพนธกบความถขนต า 𝑓0
1/2560
![Page 22: กฎของชเตฟาน โบลตซ์มันน์ (Stefan-Boltzmann law)science.sut.ac.th/physics/Doc/105102/บทที่8_2560.pdf · บทที่ 8 :](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041720/5e4df8280b2b31268c1a2c14/html5/thumbnails/22.jpg)
1/2560 22
ฉายแสงตกกระทบผวโลหะทมคาฟงกชนงานเทากบ 1.50 eV พบวา คาศกยหยดยงมคา 4.5 V แสงทฉายนม1) พลงงานคาเทากบเทาใด2) คาความคลนเทากบเทาใด3) คาความถทนอยทสดของแสงตกกระทบ ทสามารถท าใหอเลคตรอนหลดออกมา มคาเทาใด