วิทยาศาสตร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา >>
ทฤษฎีควอนตัม
การเปล่งรังสีของวัตถุร้อน
แสงเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าความยาวคลื่น หรือ ความถี่ต่างๆกัน
รังสีที่มีพลังงานสูงจะมีความยาวคลื่นสั้น
ส่วนรังสีที่มีพลังงานต่ำมีความยาวคลื่นยาว รังสีในช่วงที่ตาคนมองได้ (แสงขาว)
มีความยาวคลื่น 400 nm ถึง 700 nm
เมื่อนำแสงขาวมาผ่านปริซึมจะเกิดการหักเหของแสงได้สเปกตรัมของแสง
ซึ่งมีสีเรียงตามลำดับจากความยาวคลื่นสั้นไปหายาว คือ ม่วง น้ำเงิน เขียว เหลือง
ส้ม แดง เหมือนสีรุ้ง
นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเกี่ยวกับการเปล่งรังสีของวัตถุร้อนพบว่า
เมื่อให้ความร้อนแก่โลหะต่างๆ จะมีการเปล่งรังสีออกมาเป็นแสงสีต่างๆ
ขึ้นกับความร้อนที่ให้แก่แท่งเหล็ก แสดงว่าอะตอมของโลหะ
สามารถเปล่งแสงออกมาเมื่อได้รับความร้อน ในคริสตศตวรรษที่ 19
ปรากฏการณ์เกี่ยวกับการแผ่รังสีความร้อนสรุปได้ 2 ประการ คือ
- ถ้าให้ความร้อนแก่วัตถุมาก วัตถุนั้นจะเปล่งรังสีออกมามากด้วย
ทั้งในรูปของความร้อนและแสง ความเข้มของรังสีขึ้นกับอุณหภูมิของวัตถุ เช่น
ถ้าเพิ่มอุณหภูมิเป็นสามเท่า ความเข้มอาจเพิ่มขึ้นถึง 100 เท่า
- สี (หรือชนิด) ของรังสีที่วัตถุเปล่งออกมาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เช่น ถ้าเราใช้ไฟเผาแท่งเหล็กซึ่งเดิมมีสีคล้ำ แต่เมื่อเผาไฟไปนานพอ เหล็กจะเริ่มเปล่งรังสีสีแดง ถ้าเผาให้ร้อนขึ้นกว่านั้นจะเป็นสีส้มและสีเหลือง และในที่สุดจะเป็นสีขาว
นักวิทยาศาสตร์พยายามจะเข้าใจปรากฏการณ์ของรังสีความร้อน และผลจากการทดลองนี้
เพื่อให้สะดวกจึงตั้งแบบจำลอง
โดยสมมติให้วัตถุที่ใช้ศึกษาเป็นชนิดที่ดูดและคายรังสีความร้อนได้ดีที่สุด
นั่นคือต้องเป็น วัตถุดำ (black body)
ทฤษฎีที่ว่าด้วยวัตถุดำในยุคแรกนั้นเป็นผลงานของเรย์เลห์ (Rayleigh) จีนส์
(Jeans) เคอร์ชฮอฟฟ์(Kirchhoff) และวีน(Wien) ซึ่งใช้ทฤษฎีคลาสสิกของฟิสิกส์อธิบาย
โดยพิจารณาว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและถูกเปล่งออกมาเนื่องจากการสั่นสะเทือนของวัตถุที่มีประจุคือ
อิเล็กตรอน เนื่องจากอิเล็กตรอนจะสั่นด้วยความถี่เท่าใดก็ได้ไม่จำกัด
ดังนั้นรังสีที่เปล่งออกมาจากวัตถุดำที่ร้อน (ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของแสงหรือความร้อน)
จึงน่าจะมีความถี่เป็นค่าต่อเนื่อง
เมื่อคำนวณความเข้มและพลังงานของแสงที่มีความถี่ต่างๆ 7
โดยหาจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่สั่นสะเทือนด้วยความถี่นั้นๆเสียก่อน
ก็ปรากฏว่าผลการคำนวณไม่ตรงกับผลการทดลอง
และไม่สามารถอธิบายได้ว่าเหตุใดวัตถุที่อุณหภูมิหนึ่งจึงเปล่งแสงที่มีความเข้มสูงสุดในช่วงความถี่หนึ่งเท่านั้น
นอกจากนี้จากทฤษฎีของเรย์เลห์และจีนส์
จะพบว่ายิ่งความถี่ของแสงที่เปล่งออกมาสูงขึ้น
ความเข้มของแสงก็ยิ่งสูงขี้นไม่มีขอบเขตจำกัด ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ
แบบจำลองของทอมสัน
แบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ด
แบบจำลองของโบร์
การทดลองของมิลลิแกน
ทฤษฎีควอนตัม
คลื่น
ชนิดของคลื่น
