m6062550g3

http://sathaporn.exteen.com/20070517/name6062550

http://members.thai.net/PHYSICSMATAYOM/coulomb/coulomb1.htm

---

http://sathaporn.exteen.com

ผู้จัดทำ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6/6 ปีการศึกษา2550
• นายชัยวัฒน์ จิตรเจริญ เลขที่ 11
• นางสวาศุภากร สองจันทร์ เลขที่ 47

---

กลศาสตร์ควอนตัม
กลศาสตร์ควอนตัมมี 2 แนวคือ แนวของ ชเรอดิงเงอร์ นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ซึ่งใช้แนวคิดมาจากสมมติฐานของ เดอ บรอยล์ แนวนี้นิยมเรียก “ กลศาสตร์คลื่น”ส่วนแนวที่ 2เป็นของ ไฮเซนเบิร์ก ชาวเยอรมัน ใช้แนวคิดทางคณิตศาสตร์แมตทริกซ์ ซึ่งค่อนข้างเข้าใจยาก ต่อมามีผู้พิสูจน์ว่าทั้งสองแนวให้ผลเช่นเดียวกัน ในที่นี้จะกล่าวเฉพาะแนวของชเรอดิงเงอร์ ในแนวกว้าง ๆ ดังนี้
เมื่อจะศึกษาธรรมชาติของอิเล็กตรอนในอะตอม ให้นึกภาพอิเล็กตรอนประพฤติตัวเป็นกลุ่มคลื่น โดยความเร็วของกลุ่มคลื่นเท่ากับความเร็วของอิเล็กตรอน จากนั้นให้สร้างสมการกลุ่มคลื่นของอิเล็กตรอนขึ้นมา แล้วนำสมการนี้ไปศึกษา จะสามารถรู้ธรรมชาติของอิเล็กตรอนขณะอยู่ในอะตอมได้
ประเด็นหนึ่งที่สำคัญของกลศาสตร์ควอนตัม คือ การที่คิดว่าอิเล็กตรอนประพฤติตัวเป็นคลื่น เราจึงไม่สามารถคำนวณค่าต่างๆ ของอิเล็กตรอนได้แน่นอน ซึ่งเป็นจริงตามธรรมชาติของคลื่น ค่าที่เราคำนวณได้จากกลศาสตร์ควอนตัมจึงเป็นเพียงโอกาสที่จะเป็นไปได้ หรือ ความน่าจะเป็น ของปริมาณนั้น ๆ เช่น ความน่าจะเป็นในการพบอิเล็กตรอนที่อยู่ในรูปกลุ่มคลื่น เป็นต้น เพราะถ้าคิดว่าอิเล็กตรอนเป็นคลื่น ขนาดและตำแหน่งของคลื่นย่อมกระจายอยู่ในอาณาเขตอันหนึ่ง และไม่สามารถบอกได้ชัดเจนว่าอยู่ ณ ที่ได
ปี พ.ศ. 2470 ไฮเซนเบิร์ก ตั้งกฏไว้อย่างหนึ่งว่า “เราไม่สามารถรู้ได้อย่างแน่นอนถึงตำแหน่งและความเร็วของอนุภาคในเวลาเดียวกันได้ ” นั่นคือ ถ้าเราพยายามจะวัดหรือคำนวณตำแหน่งของอนุภาคให้แม่นยำมากขึ้น ๆ เราจะได้ค่าความเร็วหรือโมเมนตัมหรือ ความยาวคลื่นสสารผิดพลาดมากขึ้น ๆ
จากหลักดังกล่าวทำให้เรารู้ว่า ในธรรมชาติมีความไม่แน่นอนอยู่เสมอ เป็นสิ่งนอกเหนือการควบคุมของมนุษย์ เช่น ความไม่แน่นอนที่เกิดจากผู้วัด เครื่องมือวัด และวิธีวัด และไฮเซนเบิร์กยังสรุปว่า ผลคูณระหว่างความไม่แน่นอนทางตำแหน่งกับความไม่แน่นอนทางโมเมนตัม ต้องมากกว่าหรือเท่ากับ เสมอ
ต่อมามีผู้นำแนวคิดนี้ไปพิสูจน์ว่า อิเล็กตรอนจะอยู่ในนิวเคลียสซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง เมตร ได้หรือไม่ พบว่าเมื่อคำนวณโดยคิดวาอิเล็กตรอนอยู่ในนิวเคลียส จะได้ค่าความไม่แน่นอนทางตำแหน่งของอิเล็กตรอนประมาณ เมตร ซึ่งมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กตรอน และยังพบว่าอิเล็กตรอนต้องมีพลังงานมากกว่า 20 เมกกะอิเล็กตรอนโวลท์ ซึ่งในความเป็นจริงอิเล็กตรอนมีพลังงานในระดับอิเล็กตรอนโวลท์เท่านั้น แสดงให้เห็นชัดเจนว่าอิเล็กตรอนไม่สามารถอยู่ภายในนิวเคลียสได้ ผลการทดสอบดังกล่าว ทำให้การยอมรับกฏของไฮเซนเบิร์กเพิ่มขึ้น
เมื่อพิจารณาธรรมชาติของอิเล็กตรอนตามกลศาสตร์ควอนตัม จะไม่สามารถบอกได้วา อิเล็กตรอนนั้นอยู่ที่ใดแน่นอน หรือเคลื่อนที่ในลักษณะใด บอกได้เพียงว่า โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอน ณ ที่ตำแหน่งต่าง ๆ หรือตำแหน่งนั้น ๆ เป็นเท่าใด จึงนิยมวาดภาพอิเล็กตรอน เสมือนกลุ่มหมอกห่อหุ้มนิวเคลียส ที่ใดมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมาก จะมีกลุ่มหมอกหนาแน่นมาก โดยภาพกลุ่มหมอกมีได้หลายรูปแบบ ดังเช่นกรณีไฮโดรเจนอะตอมในระดับพลังงานพื้นฐาน ( )จากการคำนวณจะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนในทิศทางต่างๆ จากนิวเคลียสเหมือนกันหรือเท่ากันหมด ภาพกลุ่มหมอกจึงเป็นทรงกลมหุ้มนิวเคลียส ส่วนในระดับพลังงานสุงๆ เช่น กรณี จะมีการจัดตัวที่ต่างจากรูปทรงกลมไปบ้าง

ผลที่ได้จากกลศาสตร์ควอนตัม สรุปได้สำคัญ ๆ ดังนี้
• 1.สามารถอธิบายธรรมชาติของอิเล็กตรอนในอะตอมทุกชนิดได้
• 2.สามารถอธิบายการเกิดเส้นสเปกตรัมของอะตอมทั้งในสภาวะปกติ และสภาวะแยกเป็นหลายเส้นเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กได้
• 3.สามารถอธิบายสมบัติด้านต่างๆ ของของแข็ง เช่น การนำไฟฟ้าของตัวนำ สารกึ่งตัวนำ และฉนวนได้
• 4.เป็นรากฐานของวิชาด้านไมโครอิเล็กทรอนิกส์

---

http://sathaporn.exteen.com

ประโยชน์ของกัมมันตภาพรังสี

ประโยชน์ของกัมมันตภาพรังสี การศึกษาธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดทำให้รู้สมบัติของแต่ละธาตุ เช่น ชนิดของรังสีที่ได้จากการสลายครึ่งชีวิต และอัตราการแผ่รังสี เป็นต้น ปัจจุบันมีการนำสมบัติเหล่านี้ไปใช้ประโยชน์ในหลายๆ ด้าน เช่น การเกษตรกรรม การแพทย์ อุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อมดังที่ได้กล่าวมาแล้ว นอกจากนี้ยังมีการใช้กัมมันตภาพรังสี ในการสำรวจทางโบราณคดีและธรณีวิทยา เช่น การหาอายุของวัตถุโบราณได้ดังต่อไปนี้

การหาอายุของวัตถุโบราณ

การหาอายุของวัตถุโบราณมีความสำคัญมากในการศึกษาด้านโบราณคดีและธรณีวิทยา การหาอายุวัตถุโบราณนี้อาศัยหลักการที่ว่า คาร์บอนเป็นองค์ประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด คาร์บอนส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของคาร์บอน -12 ซึ่งเป็นธาตุเสถียร และคาร์บอน -14 ซึ่งเป็นไอโซโทปกัมมันตรังสีที่มีปริมาณน้อย เมื่อคาร์บอนรวมตัวกับออกซิเจนจะได้คาร์บอนไดออกไซด์ สำหรับพืชเอาไปใช้ในการปรุงอาหาร สัตว์อาศัยพืชเป็นอาหารจึงได้รับคาร์บอนจากพืชอีกต่อหนึ่ง คาร์บอน -14 ในสิ่งมีชีวิตจะสลายด้วยครึ่งชีวิต 5760 ปี ดังนั้นในขณะที่สัตว์และพืชมีชีวิต อัตราส่วนระหว่างคาร์บอน -14 : คาร์บอน -12 ในสัตว์และในพืชจะมีค่าคงตัว เมื่อสัตว์และพืชตายลง โอกาสที่จะได้รับคาร์บอนก็จะหยุดลงด้วย ดังนั้นอัตราส่วนระหว่างคาร์บอนทั้งสองชนิดจะลดลงเรื่อยๆ ข้อมูลอัตราส่วนดังกล่าวจะช่วยให้เราสามารถคำนวณหาอายุของสัตว์หรือพืชได้ เช่น ในการตรวจวิเคราะห์กระดูกชิ้นหนึ่ง พบว่าอัตราส่วนของคาร์บอน -14 : คาร์บอน -12 มีอยู่ร้อยละ 50 ของกระดูกสัตว์ชนิดเดียวกันที่เพิ่งเสียชีวิตใหม่ๆ แสดงว่าสัตว์เจ้าของโครงกระดูกนั้นได้ตายมาแล้วประมาณ 5760 ปี

ในประเทศไทยได้มีการค้นพบวัตถุโบราณมากมาย เช่น เครื่องปั้นดินเผาลายเขียนสีบ้านเชียง ซึ่งเมื่อวัดหาอายุโดยใช้รังสีได้พบว่า มีอายุประมาณ 6060 ปี ซึ่งแสดงว่าบ้านเชียงเคยเป็นแหล่งอารยธรรมที่โบราณมากแหล่งหนึ่ง การค้นพบเครื่องปั้นดินเผาที่บ้านเชียงที่มีความสำคัญมากทางโบราณคดี อีกเรื่องหนึ่งได้แก่ การค้นพบหัวหอกี่ทำด้วยสำริด ซึ่งมีอายุประมาณ 5600 ปี การค้นพบนี้ แสดงให้เห็นว่ามนุษย์ที่มาตั้งถิ่นฐานที่บ้านเชียงในขณะนั้นรู้จักนำโลหะผสมมาทำเครื่องมือเครื่องใช้แล้ว จึงนับได้ว่าพัฒนาการนี้ได้เกิดที่บ้านเชียงก่อนที่อื่นๆ ในโลก ทำให้สถานที่นี้อาจเป็นแหล่งกำเนิดของอารยธรรมในยุคสำริดด้วย

ด้านธรณีวิทยา

ด้านธรณีวิทยา มีการใช้ C-14 คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ หรืออายุของซากดึกดำบรรพ์ซึ่งหาได้ดังนี้ ในบรรยากาศมี C-14 ซึ่งเกิดจากไนโตรเจน รวมตัวกับนิวตรอนจากรังสีคอสมิกจนเกิดปฏิกิริยา แล้ว C-14 ที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจน แล้วผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช และสัตว์กินพืช คนกินสัตว์และพืช ในขณะที่พืชหรือสัตว์ยังมีชีวิตอยู่ C-14 จะถูกรับเข้าไปและขับออกตลอดเวลา เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง การรับ C-14 ก็จะสิ้นสุดลงและมีการสลายตัวทำให้ปริมาณลดลงเรื่อยๆ ตามครึ่งชีวิตของ C-14 ซึ่งเท่ากับ 5730 ปี ดังนั้น ถ้าทราบอัตราการสลายตัวของ C-14 ในขณะที่ยังมีชีวิตอยู่และทราบอัตราการสลายตัวในขณะที่ต้องการคำนวณอายุวัตถุนั้น ก็สามารถทำนายอายุได้ เช่น ซากสัตว์โบราณชนิดหนึ่งมีอัตราการสลายตัวของ C-14 ลดลงไปครึ่งหนึ่งจากของเดิมขณะที่ยังมีชีวิตอยู่ เนื่องจาก C-14 มีครึ่งขีวิต 5730 ปี จึงอาจสรุปได้ว่าซากสัตว์โบราณชนิดนั้นมีอายุประมาณ 5730 ปี

Activity Calculation
1. A=A_O*e^-lt
2. A=A_O/2ⁿ
3. n=t/T_1/2
4. l=ln2/T_1/2=0.693/T_1/2
5. T_1/2=Half life
6. l=Decay's Constant

ด้านการแพทย์

ด้านการแพทย์ ใช้รักษาโรคมะเร็ง ในการรักษาโรคมะเร็งบางชนิด กระทำได้โดยการฉายรังสีแกมมาที่ได้จาก โคบอลต์-60 เข้าไปทำลายเซลล์มะเร็ง ผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งในระยะแรกสามารถรักษาให้หายขาดได้ แล้วยังใช้โซเดียม-24 ที่อยู่ในรูปของ NaCl ฉีดเข้าไปในเส้นเลือด เพื่อตรวจการไหลเวียนของโลหิต โดย โซเดียม-24 จะสลายให้รังสีบีตาซึ่งสามารถตรวจวัดได้ และสามารถบอกได้ว่ามีการตีบตันของเส้นเลือดหรือไม่

ด้านเกษตรกรรม

ด้านเกษตรกรรม มีการใช้ธาตุกัมมันตรังสีติดตามระยะเวลาการหมุนเวียนแร่ธาตุในพืช โดยเริ่มต้นจากการดูดซึมที่รากจนกระทั่งถึงการคายออกที่ใบ หรือใช้ศึกษาความต้องการแร่ธาตุของพืช

ด้านอุตสาหกรรม

ด้านอุตสาหกรรม ในอุตสาหกรรมการผลิตแผ่นโลหะ จะใช้ประโยชน์จากกัมมันตภาพรังสีในการควบคุมการรีดแผ่นโลหะ เพื่อให้ได้ความหนาสม่ำเสมอตลอดแผ่น โดยใช้รังสีบีตายิงผ่านแนวตั้งฉากกับแผ่นโลหะที่รีดแล้ว แล้ววัดปริมาณรังสีที่ทะลุผ่านแผ่นโลหะออกมาด้วยเครื่องวัดรังสี ถ้าความหนาของแผ่นโลหะที่รีดแล้วผิดไปจากความหนาที่ตั้งไว้ เครื่องวัดรังสีจะส่งสัญญาณไปควบคุมความหนา โดยสั่งให้มอเตอร์กดหรือผ่อนลูกกลิ้ง เพื่อให้ได้ความหนาตามต้องการ ในอุตสาหกรรมการผลิตถังแก๊ส อุสสาหกรรมก่อสร้าง การเชื่อมต่อท่อส่งน้ำมันหรือแก๊สจำเป็นต้องตรวจสอบความเรียบร้อยในการเชื่อต่อโลหะ เพื่อต้องการดูว่าการเชื่อมต่อนั้นเหนียวแน่นดีหรือไม่ วิธีการตรวจสอบทำได้โดยใช้รังสีแกมมายิงผ่านบริเวณการเชื่อมต่อ ซึ่งอีกด้านหนึ่งจะมีฟิล์มมารับรังสีแกมมาที่ทะลุผ่านออกมา ภาพการเชื่อมต่อที่ปรากฎบนฟิล์ม จะสามารถบอกได้ว่าการเชื่อมต่อนั้นเรียบร้อยหรือไม่

---

• นางสาวจุฑามาศ โคกสถาน เลขที่ 7
• นางสาวณัฐกานต์ อำนวยเงินตรา เลขที่ 13

---

http://sathaporn.exteen.com

องค์ประกอบของนิวเคลียส

---

รัทเธอร์ฟอร์ดเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ไม่ธรรมดาคนหนึ่งผู้ซึ่งมีส่วนในการสร้างสรรค์งานวิทยาศาสตร์ที่สำคัญยื่ง หลังจากเขาได้รับรางวลโนเบล เขายังได้รับรางวัลในสาขาเคมีในปี 1908 จากการศึกษาธรรมชาติของอนุภาคทีปล่อยออกมาจากสารกัมมันตรังสี จากนั้นเขาก็ได้ค้นพบนิวเคลียส

นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอน และนิวตรอน รัทเธอร์ฟอร์ดเรียกนิวเคลียสของไฮโดรเจนว่า อนุภาคเดี่ยวที่ประจุไฟฟ้าบวกเดียว ผลรวมประจุบวกของนิวเคลียส ก์คือผลรวมประจุของโปรตอน และจำนวนอิเลคตรอนในวงโคจร ในอะตอมที่เป็นกลางจะมีจำนวนเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส

นิวตรอน หรือที่เป็นกลางไม่มีประจุไฟฟ้ามีมวลมากเท่าๆกับโปรตอน ตามชื่อก็บอกให้ทราบว่าไม่มีประจุไฟฟ้า เป็นมวลอีกส่วนที่เพิ่มให้กับนิวเคลียส ไม่ใช่ประจุของนิวเคลียส

นิวเคลียสที่มีความคงตัวเกือบทั้งหมดจะมีจำนวนนิวตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน หลักอันนี้ใช้ไม่ได้ต่อไปในธาตุที่หนักมาก และมีแนวโน้มว่านิวเคลียสจะมีจำนวนนิวตรอนมากกว่าจำนวนโปรตอน

สมมติฐานโปรตอน - อิเล็กตรอน ( proton-electron hypothesis )

สมมติฐานโปรตอน - อิเล็กตรอน ตามสมมติฐานนี้นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอน เช่น ลิเทียม ซึ่งมีมวลอะตอมประมาณ 7 เท่าของมวลโปรตอน และอิเล็กตรอน 3 ตัวในอะตอม ดังนั้นนิวเคลียสของลิเทียมควรจะประกอบโปรตอน 7 ตัว และอิเล็กตรอน 4 ตัว อยู่ภายในนิวเคลียสทำให้นิวเคลียสของธาตุนี้มีประจุ +3e สมติฐานโปรตอน - อิเล็กตรอนสามารถอธิบายการแผ่รังสีที่ให้นุภาคแอลฟาได้ กล่าวคือ อนุภาคแอลฟาเกิดจากการรวมตัวกันของโปรตอน 4 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว แล้วหลุดออกมา แต่จากหลักความไม่แน่นอนชี้ให้เห็นว่า อิเล็กตรอนอยู่ในนิวเคลียสไม่ได้ เนื่องจากการอยู่ในนิวเคลียสทำให้ความไม่แน่นอนทางตำแหน่ง ของอิเล็กตรอนมีค่าประมาณ 10^-15 เมตร การมีความไม่แน่นอนที่น้อยมากเช่นนี้ ทำให้ความไม่แน่นอนของโมเมนตัมสูงมาก มีผลทำให้อิเล็กตรอนมีความเร็วมากกว่าแสง อิเล็กตรอนจึงไม่สามารถอยู่ในนิวเคลียสได้ สมมติฐานโปรตอน - อิเล็กตรอนนี้ จึงต้องยกเลิกไป

ภาพ การเปลี่ยนสภาพของนิวเคลียส


สมมติฐานโปรตอน – นิวตรอน(proton – neutron hypothesis)

สมมติฐานนี้ถูกใช้เป็นครั้งแรกโดยไฮเซนเบิร์ก (ในปี พ.ศ. 2475) หลังจากการค้นพบอนุภาคนิวตรอนแล้ว ซึ่งมีใจความสรุปว่า “ ทุก ๆ อะตอมจะมีนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน โดยกำหนดให้ว่าเลขมวล (A) เป็นตัวเลขที่บอกจำนวนรวมของโปรตอนและนิวตรอน ค่าเลขอะตอม (Z) เป็นตัวเลขที่บอกจำนวนโปรตรอนในนิวเคลียส ซึ่งเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในวงรอบนิวเคลียส จึงมีนิวตรอนในนิวเคลียน จำนวน (A – Z) อนุภาค”

---

• นางสาวธรรมชาติ อำมาตย์หิน เลขที่ 21
• นางสาววารินทร์ สว่างเพ็ชร เลขที่ 40

---

HOME

---

edit @ 21 Feb 2008 16:43:52 by physicsmatayom