แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่ตาของเรามองเห็น แต่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้มีแค่แสง แสงจะประกอบไปด้วยสี ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม แดง Show แต่ใต้สีแดงยังมี รังสีอินฟราเรด คลื่นไมโครเวฟ คลื่นวิทยุ ซึ่งทั้งหมดนี้มีความยาวคลื่นมากกว่าความยาวคลื่นแสง และเหนือสีม่วงขึ้นไปยังมี รังสีอัลตราไวโอเล็ต รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา ซึ่งทั้งหมดนี้ความยาวคลื่นสั้นกว่าความยาวคลื่นแสง ปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริก (Photoelectric Effect) เป็นทฤษฎีที่ใช้อธิบายคุณสมบัติของแสงในรูปแบบของอนุภาค ที่เรียกว่า "โฟตอน" (Photon) จากเดิม (Classical Physics) ที่อธิบายคุณสมบัติของแสงในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) เป็นผู้ค้นคว้าและตั้งทฤษฎีนี้ขึ้น และได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากทฤษฎีนี้ ประวัติ และความเป็นมา ในปี 1887 เฮิรตซ์ (Heinrich Hertz) พบว่าเมื่อฉายแสงอัลตราไวโอเล็ตไปยังขั้งไฟฟ้าซึ่งอยู่ในวงจร จะมีประจุไฟฟ้าหลุดออกมา ต่อมาฮอลล์วอชส์ (Wilhelm Hallwachs) พบว่าเมื่อมีแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงตกกระทบผิวโลหะ จะมีอิเล็กตรอนหลุดออกจากผิวโลหะนั้น ปรากฎการณ์เช่นนี้เรียกว่า ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (photoelectric effect) และเรียกอิเล็กตรอนที่หลุดออกจากผิวโลหะที่ถูกแสงว่าโฟโตอิเล็กตรอน (photoelectron) โดยปกติอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าในโลหะนั้นอยู่ในแถบนำไฟฟ้า (conduction band) อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ในแถบนำไฟฟ้าได้อย่างอิสระ โดยอิเล็กตรอนจะไม่หลุดออกจากโลหะที่อุณหภูมิห้อง ทั้งนี้เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสซึ่งมีประจุบวกกับอิเล็กตรอนภายในโลหะ ดังนั้นจึงเปรียบเสมือนกับว่าอิเล็กตรอนอยู่ภายในโลหะโดยมีกำแพงศักย์ (potential barrier) กั้นอยู่ที่ผิวโลหะ ระดับพลังงานสูงสุดที่มีอิเล็กตรอนคือระดับเฟอร์มี (fermi level) รูปที่ 1 แสดงกำแพงศักย์กั้นอิเล็กตรอนภายในโลหะ  ในปี 1905 ไอสไตน์ได้อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกโดยใช้แนวความคิดของพลังค์ คือ คลื่นแมาเหล็กไปฟ้าความถี่ f ที่ตกกระทบผิวโลหะจะมีลักษณะคล้ายอนุภาคประกอบด้วยพลังงานเล็กๆ E เรียกว่า ควอนตัมของพลังงานหรือ โฟตอน (photon) โดย E = hf ถ้าพลังงานนี้มีค่ามากกว่าเวิร์กฟังก์ชัน อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากโลหะด้วยพลังงานจลน์มากสุด Ek(max) Ek(max) = hf - W0 จากการศึกษาปรากฏกาณ์โฟโตอิเล็กทริกสรุปได้ดังนี้ 1. อัตราการปล่อยอิเล็กตรอน (หรือ ip)เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มแสง I เมื่อความถี่ f ของแสงและความต่างศักย์มีค่าคงตัว ดังรุปที่ 2 ถ้าเปลี่ยนความถี่หรือชนิดของโลหะจะได้กราฟระหว่าง ip กับ I เป็นเส้นตรงเหมือนเดิมแต่มีความชันเปลี่ยนไป 2. ถ้าความเข้มคงที่และเปลี่ยนความถี่ของแสง จะได้กราฟ ดังรูปที่ 3 ซึ่งมีความถี่จำกัดค่าหนึ่งที่เริ่มเกิดโฟโตอิเล็กตรอนเรียกว่า ความถี่ขีดเริ่ม f0 (threshold frequency) ความถี่ขีดเริ่มของสารแต่ละชนิดจะไม่เหมือนกัน เมื่อแสงปล่อยพลังงาน hf0 ออกมาในรูปของโฟตอน ซึ่งถ้าเท่ากับ W0 จะได้ Ek(max) = 0 จึงไม่มีอิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ 3. ถ้าความถี่และความเข้มแสงคงตัว แต่เปลี่ยนค่าความต่างศักย์ V ระหว่างขั้วไฟฟ้าจะได้ความสัมพันธ์ของ ip กับ V ดังรูปที่ 4 ที่ความต่างศักย์มีค่ามาก อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจะคงเดิมจึงเกิดกระแสอิ่มตัว เมื่อเพิ่มศักย์ไฟฟ้าเข้าไปก็ไมาสามารถเพิ่มกระแสได้ และถ้าลดความต่างศักย์กระแสจะลดลงด้วย จนกระทั่งความต่างศักย์เป็นลบที่ค่าหนึ่งจะไม่มีกระแส เรียกศักย์นี้ว่า ศักย์หยุดยั้ง (stopping potential) V s ไม่มีอิเล็กตรอนตัวไหนมีพลังงานจลน์เพียงพอที่จะไปยังขั้วไฟฟ้าได้ ดังนั้น Ek(max) = eV s4. ถ้าความถี่ต่ำกว่าความถี่ขีดเริ่ม f0 จะไม่มีอิเล็กตรอนหลุดออกมา แสดงว่าโฟตอนที่ตกกระทบโลหะมีพลังงานน้อยกว่าเวิร์กฟังก์ชันของสารนั้น แต่ถ้าความถี่เพิ่มขึ้นพลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกนี้คล้ายกับปรากฏการณ์ปล่อยประจุไฟฟ้าเนื่องจากความร้อน (thermionic enission) ซึ่ง เอดิสัน (Edison) เป็นผู้ค้นพบในปี 1883 ในขณะประดิษฐ์หลอดไฟคือ เมื่อโลหะได้รับความร้อนอิเล็กตรอนในโลหะบางตัวจะได้รับพลังงานสูงกว่าเวิร์กฟังก์ชันในโลหะและหลุดออกจากโหะได้ แสงกับรางวัลโนเบล ตอนที่ 12 | ค.ศ.1921 สำหรับงานศึกษาทางด้านฟิสิกส์ทฤษฎีโดยเฉพาะการค้นพบกฏที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริค ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริคที่แสงทำให้อิเล็กตรอนในอะตอมเคลื่อนที่ได้นั้น เป็นปรากฏการณ์หนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นได้ให้ความสนใจเป็นอย่างมาก ปรากฏการณ์นี้ค้นพบโดย Heinrich Hertz ในปี ค.ศ. 1887 ต่อมา Wilhelm Hallowachs ได้แสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะที่เหมาะสม แสงที่มีสีที่เหมาะสมจะทำให้วัตถุที่มีประจุลบสูญเสียประจุลบออกไป และท้ายสุดทำให้วัตถุนั้นมีประจุเป็นบวกได้ ในปี ค.ศ. 1899 Philipp Lenard อธิบายเพิ่มเติมว่าความเร็วของอิเล็กตรอนที่หลุดออกมานั้นไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงที่ตกกระทบลงบนวัตถุ คำอธิบายที่สมบูรณ์มากขึ้นเกิดจากการใช้หลักการที่คิดว่าแสงเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่มีระดับพลังงานแบบไม่ต่อเนื่อง และแสงความถี่หนึ่งจะก่อให้เกิดแสงที่มีพลังงานต่ำกว่าหรือเท่ากันกับพลังงานของแสงตกกระทบเท่านั้น ซึ่ง Albert Einstein นี้เองที่ได้นำเสนอแนวคิดดังกล่าวโดยใช้หลักการที่ Max Planck ได้คิดค้นขึ้น และถือได้ว่า Albert Einstein เป็นคนแรกที่พิจารณาว่าแสงเป็นควอนตา Einstein ได้ใช้แนวคิดดังกล่าวมาอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริคว่า เมื่อพลังงานของแสงในรูปของควอนตา (hv) ตกกระทบลงบนโลหะ พลังงาน (P) จะถูกส่งต่อไปให้อิเล็กตรอนที่อยู่ที่ผิวของโลหะเท่านั้น ผลที่ตามมา คือ พลังงงานบางส่วนจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาในขณะที่พลังงานอีกส่วนหนึ่งจะเปลี่ยนไปอยู่ในรูปของพลังงานจลน์ที่มีค่าเท่ากับ สิ่งที่คิดได้นี้ถือเป็นพื้นฐานที่สำคัญในการสร้างตัวรับภาพที่ใช้ในกล้องดิจิทัล และ เซลล์สุริยะ ทีเดียว Albert Einstein ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในคริสต์ศตวรรษที่ 20 เป็นผู้เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพ และมีส่วนร่วมในการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม กลศาสตร์สถิติ และจักรวาลวิทยา Einstein เกิดที่เมือง Ulm ในเยอรมันในวันที่ 4 มีนาคม ค.ศ. 1879 เขาเข้าเรียนต่อระดับอุดมศึกษาที่ Swiss Federal Polytechnic ในเมือง Zurich สวิตเซอร์แลนด์ในปี ค.ศ. 1896 เพื่อที่จะได้จบออกมาเป็นครูสอนฟิสิกส์ แต่เมื่อจบการศึกษาในปี ค.ศ. 1901 เขาไม่สามารถหางานสอนที่มั่นคงได้ จึงได้เข้าทำงานเป็นเจ้าหน้าที่ในสำนักงานสิทธิบัตรของสวิตเซอร์แลนด์ และที่นี่เองที่เขาได้ใช้เวลาว่างสร้างสรรค์ผลงานโดยเฉพาะผลงานเด่น 3 ชิ้นที่เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1905 ทางด้านการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนียน ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และ ทฤษฎีปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริค พร้อมกับได้รับปริญญาเอกในปีเดียวกันนี้ด้วย ปี ค.ศ. 1911 และ 1912 ได้เป็นศาสตราจารย์ทางด้านทฤษฎีฟิสิกส์ที่ University of Prague และ University of Zurich ตามลำดับ ในปี ค.ศ. 1914-1933 เป็นผู้อำนวยการที่ Kaiser Wilhelm Physical Institute และศาสตราจารย์ที่ University of Berlin หลังจากนั้นได้สละสัญชาติเยอรมันและย้ายไปอยู่ที่สหรัฐฯ โดยดำรงตำแหน่งเป็นศาสตราจารย์ทางด้านฟิสิกส์ทฤษฎีที่ Princeton University นอกจากนี้ เขายังได้เคยรับข้อเสนอให้เป็นประธานาธิบดีของอิสราเอล และยังได้ร่วมกับ Chaim Weizmann ก่อตั้ง Hebrew University of Jerusalem เขาเป็นคนที่มีแนวคิดเป็นของตัวเองอย่างชัดเจนในการแก้ปัญหาทางฟิสิกส์และสามารถวางขั้นตอนที่จะนำไปสู่คำตอบผ่านการทดลองในความคิดของเขาเอง (Thought Experiment) นอกจากนี้เขายังได้วางรากฐานความรู้ในปัจจุบันอีกหลายเรื่อง อาทิ ทฤษฎีเลเซอร์ และ ทฤษฎีการควบแน่นของอะตอมแบบ Bose-Einstein อีกด้วย |
ใครเป็นคนศึกษาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ลิขสิทธิ์ © 2024 toptenid.com Inc.
