<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/321" type="text/javascript"></script>

โฟโตอิเล็กทริก ปรากฏการณ์ธรรมดาที่เปลี่ยนโลกทั้งใบ แสงคืออะไร ? เสมียนหนุ่มวัยแค่เพียง 26 ปี เจ้าหน้าที่รับหน้าที่จดทะเบียนลิขสิทธิ์คนหนึ่ง ในกรุงเบอร์น ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ ที่ชื่อ อัลเบริต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ที่เป็นพระเอกขี่ม้าขาว มาไขปริศนานี้ ได้อย่างชัดเจน ผู้เขียน: ผศ. ดร. บุญญฤทธิ์ อุยยานนวาระ ชมแล้ว: 40,412 ครั้ง post ครั้งแรก: Sat 21 January 2006, 12:16 am ปรับปรุงล่าสุด: Sat 21 January 2006, 12:16 am อยู่ในส่วน: เทคโนโลยี, ฟิสิกส์

ผศ.
ดร. บุญญฤทธิ์ อุยยานนวาระ

ภาควิชาเทคโนโลยีสารสนเทศ

สถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร (SIIT)

มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์

นักเขียนประจำ วิชาการ.คอม

ชุดอุปกรณ์นี้ เริ่มจากแหล่งกำเนิดแสงด้านซ้ายมือ ที่ส่องแสงผ่านปริซึม เพื่อแยกเอาเฉพาะแสงในช่วงความถี่ที่ต้องการ
แสงความถี่ที่ถูกเลือกแล้ว ก็จะผ่านช่องเล็กๆ ก่อนจะตกกระทบกับแผ่นโลหะ ตรงนี้เอง
ที่จะมีอิเล็กตรอนหลุดออกจากแผ่นโลหะ ซึ่งเลนาร์ดต้องการวัดพลังงาน ของอิเล็กตรอนที่หลุดออกมา
โดยการต่อกระแสไฟฟ้า ในทิศทางที่สวน กับการวิ่งของอิเล็กตรอน คือ ขั้ว(แผ่นโลหะ)
ที่อิเล็กตรอนวิ่งเข้าหาก็ต่อไว้กับขั้วลบ เพราะจะเกิดแรงผลัก จากสนามไฟฟ้าที่กระทำต่อตัวอิเล็กตรอน
โดยหากว่าสนามไฟฟ้าต้านอ่อนไป อิเล็กตรอน ก็ยังวิ่งฝ่าสนามไฟฟ้าไปได้ เพราะพลังงานที่ได้รับมาจากแสง
แต่ถ้าสนามไฟฟ้าแรงไป ก็จะไม่มีอิเล็กตรอนหลุดออกมาหรือวิ่งไปไมุ่ถึง

ภาพที่ 3 แสดงถึงอุปกรณ์การทดลองเรื่องโฟโตอิเล็กทริกที่คิดค้นโดย ฟิลิป เลนาร์ด

(ที่มา: http://nobelprize.org/physics/educational/quantised_world/waves-particles-1.html)

ดังนั้นหากปรับค่าสนามไฟฟ้าให้มีความแรงพอดีแล้วทำให้อิเล็กตรอนหลุดไปถึงอีกขั้วได้พอดีเป๊ะ
เราก็สามารถประมาณพลังงานของอิเล็กตรอนที่หลุดออกมา ได้จากการคำนวณจากพลังงานไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการต้านทานการวิ่งของอิเล็กตรอนนั่นเอง

จากการทดลองของเลนาร์ด พบว่าเมื่อมีลำแสงตกกระทบ กับแผ่นโลหะ ก็จะทำให้เกิดรังสี
ที่เค้่าเรียกว่ารังสีคาโทด (Cathods - ซึ่งในภายหลัง ก็ทราบว่าแท้จริงแล้ว มันไม่ใช่รังสี
แต่เป็นอิเล็กตรอน) และสามารถตรวจวัดพลังงานของอิเล็กตรอน ที่หลุดออกมาได้อย่างแม่นยำ

แต่ที่เป็นปัญหาก็คือว่า นักวิทยาศาสตร์ยุคนั้น ไม่สามารถใช้ทฤษฎีเกี่ยวกับแสง ที่มีอยู่ อธิบายปรากฏการณ์นี้ได้อย่างชัดเจน

คำอธิบายที่พอจะหาได้ในตอนนั้นก็คือว่า อิเล็กตรอนบนแผ่นโลหะได้รับพลังงานจลน์จากแสง
(ที่เข้าใจกันว่าเป็นคลื่น) ที่ตกกระทบแผ่นโลหะ โดยที่คลื่นแสง ถ่ายทอดพลังงาน
ให้อิเล็กตรอน เหมือนกับคลื่นทะเลพาหิน จากพื้นทะเลมาที่ชายฝั่ง (ขอให้สังเกตุว่าคำอธิบายนี้บอกว่า
เป็นพลังงานจากคลื่นทะเล ไม่ใช่ น้ำ ที่เป็นตัวพาหินมาสู่ชายฝั่ง) แต่นั่นก็แปลว่า
โดยทฤษฎีแล้ว พลังงานที่ถูกถ่ายทอด ไปให้ก้อนหินที่โดนคลื่นซัด น่าจะเป็นสัดส่วนโดยตรงของความแรงคลื่น
(เช่น เมื่อคลื่นแรงก้อนหินก็ปลิวไปไกล) เช่นเดียวกัน พลังงานของอิเล็กตรอน ที่หลุดออกมาน่าจะเป็นสัดส่วนตรง
ขึ้นกับความเข้มของแสงที่ส่องลงไป

แต่สิ่งที่เลนาร์ดพบจากการทดลอง กลับทำให้โลกของฟิสิกส์สมัยนั้นถึงกับตลึง เพราะไม่สามารถอธิบายได้ว่า
ทำไมพลังงานของอิเลคตรอน ที่หลุดออกมาจากแผ่นโลหะ จึงไม่ประพฤติตัว แบบเดียวกับก้อนหิน
ที่โดนคลื่นตามสมมติฐาน ผลการทดลองของเลนาร์ดบอกว่า พลังงานของอิเลคตรอนที่หลุดออกมานั้น
ไม่ขึ้นกับความเข้ม(ความสว่าง) ของแสงเลยแม้แต่น้อย (ความเข้มแสงเปรียบได้กับความสูงของคลื่นทะเล)
เลนาร์ดทำการทดลอง ซ้ำแล้วซ้ำอีก ในหลายๆข้อจำกัด ก็ยังได้ผลเหมือนเดิม

และอีกปริศนา ที่สร้างความสับสนจากการทดลอง ก็คือ ถ้าแสงมีความถี่ต่ำกว่าค่าค่าหนึ่งแล้ว
(ภายหลังค่าความถี่นี้ถูกตั้งชื่อว่า ความถี่ขั้นต่ำ (cut-off frequency)) จะไ่ม่มีอิเล็คตรอนหลุดออกมาเลย
แต่เมื่อไหร่ ที่แสงที่ตกกระทบแผ่นโลหะ มีความถี่มากกว่าค่าดังกล่าว ก็จะมีอิเล็กตรอนบางตัว
ที่สามารถถูกผลักให้หลุดออกมาได้ และอิเลคตรอนที่หลุดออกมานี้ กลับมีพลังงานเป็นสัดส่วนตรงกับความถี่
ทั้งที่ทฤษฎีคลื่นของแสง ทำนายว่า ไม่ว่าคลื่นแสงความถี่เท่าใด ก็น่าจะมีพลังงานพอ
ที่จะถ่ายทอดให้อิเลคตรอนได้หลุดออกจากโลหะได้

ปริศนาของเรื่องโฟโตอิเล็กทริก ได้ถูกไขอย่างกระจ่าง ในเวลาต่อมาไม่นานนัก



แต่คนที่อธิบายเรื่องนี้ได้ กลับไม่ใช่คนในวงการมหาวิทยาลัย ที่เป็นที่นับหน้าถือตาของคนยุคนั้น
แต่กลับเป็นเสมียนหนุ่มวัยแค่เพียง 26 ปี เจ้าหน้าที่รับหน้าที่จดทะเบียนลิขสิทธิ์คนหนึ่ง
ในกรุงเบอร์น ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ ที่ชื่อ อัลเบริต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein)
ที่เป็นพระเอกขี่ม้าขาว มาไขปริศนานี้ได้อย่างชัดเจน

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน