Light and Matter Bozeman Science English Thai

Light and MatterYouTube↗ IA↗(long shot)
Education 64.1K views 528 likes 17 dislikes 09 Aug 2013

Bozeman Science 1.4M subscribers N/A YouTube↗

Hi. It's Mr. Andersen and this is chemistry essentials video 10. It's on

สวัสดี ครูแอนเดอเสนกับวิดีโอวิชาเคมีพื้นฐานลำดับที่ 10 นี้ จะว่าด้วยเรื่องของ

light and matter. Matter is what we're made of. But I've got some matter on the screen

แสงและวัตถุ ..วัตถุนั้นคือส่วนประกอบพื้นฐานของทกสิ่งทุกอย่าง แต่แม้ว่าครูจะมีวัตถุบางอย่างวางอยู่บนจอนี้

and you can't see it because there's no light. Once I add light we start to see matter. And

แต่เราก็ยังมองไม่เห็นว่ามันคืออะไรเนื่องจากไม่มีแสง จนเมื่อครูให้แสงเข้ามาเราจึงมองเห็นได้

so we can see solid, liquid, gas and plasma. And so until we have light we really can't

ก็จะเห็นว่าเรามีทั้งวัตถุที่เป็นของแข็ง ของเหลว กาซ และพลาสมา และตราบเท่าที่ยังไม่มีแสง

probe matter and figure out what it's made up of. And so in this video I'm going to talk

เราก็จะยังไม่สามารถรู้ได้ว่าอะไรเป็นอะไร เพราะงั้น ในวิดีโอนี้ ครูก็จะมาว่าด้วยเรื่องของ

about light and matter. Remember light travels in these little packets called photons. And

แสงและวัตถุ ..รู้หรือไม่ว่า แสงนั้น เคลื่อนที่ไปในรูปของสิ่งที่เรียกว่าโฟตอน

we can quantify its light using Planck's equation. Where energy is equal to h nu. And h is going

ซึ่งก็สามารถตรวจวัดปริมาณได้ด้วยสามการของแพลงค์ (Planck's equation) ซึ่งบอกว่า พลังงาน มีค่าเท่ากับ hv โดยที่ h คือ

to be Planck's constant. Nu is going to be the frequency of the light. But we can use

ค่าคงที่ของแพลงค์ ส่วน v คือค่าความถี่แสง และเราก็ยังอาจจะใช้

these little photons to probe matter and figure out what it is. Because if you have a molecule.

โฟตอนพวกนี้มาช่วยในการตรวจสอบวัตถุได้ด้วย เนื่องถ้าเรามีโมเลกุลอะไรสักอย่างนึง

And it absorbs a photon. It absorbs a certain amount of that energy. And when it releases

ที่สามารถดูดกลืนโฟตอนได้ ก็หมายความว่ามันดูดรับพลังงานจำนวนนึงเข้าไป และเมื่อมันปล่อย

a photon it releases some of that energy as well. And so we can use different types of

โฟตอนออกมา ก็หมายความว่ามันกำลังปล่อยพลังานออกมาเช่นกัน เราจึงสามารถใช้โฟตอนชนิดต่างๆ

photons to figure out different things about molecules. And so infrared light is incredibly

มาเป็นตัวบ่งชี้โมเลกุลชนิดต่างๆ ว่าเป็นชนิดใดได้ อย่างแสงอินฟราเรดเป็นต้น มีบทบาทสำคัญ

important at looking at the vibrations within atoms and molecules and figuring out what

ในการช่วยตรวจจับความถี่ภายในอะตอมและโมเลกุล ซึ่งจะช่วยบอก

bonds they have. If we're using ultraviolet or visible light, we could look at the electronic

ประเภทของพันธะที่มีอยู่ภายในนั้นได้ ส่วนอุลตราไวโอเลตหรือแสงที่มองเห็นได้นั้น จะใช้ในการตรวจสอบโครงสร้างของอิเลคตรอนได้

structure. In other words where the electrons are found. The outer electrons and what they're

ซึ่งครอบคลุมถึงตำแหน่งที่อาจจะพบอิเลคตรอนในอะตอม และลักษณะบางประการของอิเลคตรอนที่อยู่ในวงโคจรรอบนอก

doing. And then finally we can look at solutions using light. And as we shine light through

นอกจากนี้ก็ยังรวมไปถึงการตรวจสอบสารละลายด้วยแสง ซึ่งเป็นกรณีที่เราใช้แสงส่องผ่านเข้าไปใน

a solution some of that light is going to be absorbed. And so we can figure out according

สารละลาย แล้วเกิดการดูดกลืนแสงบางส่วนไป ทำให้เราสามารถตรวจวัด

to Beer-Lambert law what is the concentration of those absorbing molecules. And so light

ความเข้มข้นของโมเลกุลของสารที่ดูดซับแสงเข้าไปได้ โดยใช้กฎของเบียร์-แลมเบิร์ต

remember is a wave and a particle. So if we're looking at it as a wave we have what is called

อย่างที่เราคงรู้กันแล้วว่า แสงนั้น เป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค โดยที่ถ้าเรามองว่าแสงเป็นคลื่น เราก็จะดูที่

the electromagnetic spectrum. All the way from radio waves to gamma rays. Radio waves

สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ไลามาตั้งแต่คลื่นวิทยุไปจนถึงรังสีแกมมา คลื่นวิทยุนั้น

are going to have a really long wavelength and a low frequency. That's how many waves

ก็จะเป็นคลื่นแบบที่มีความยาวคลื่นมาก และมีความถี่ต่ำ หมายถึงจำนวนคลื่นต่อวินาที

we have per second. Gamma rays are going to have really high frequency, small wavelength.

ในขณะที่รังสีแกมมาจะมีความถี่สูงมาก และความยาวคลื่นน้อยกว่า

And we're just seeing a small portion of that. When you look at me you're only seeing visible

ซึ่งอันที่จริง สิ่งที่เราเห็น ยังเป็นเพียงส่วนน้อย เป็นเพียงแสงในย่านที่เรามองเห็นได้เท่านั้น

light. And so light is a wave. Light is also however a particle. And what that means is

แสงเป็นคลื่น และในขณะเดียวกันก็เป็นอนุภาคด้วย

that it's quantize or comes in these small little quantities. And so you could think

เรียกกันว่าควอนตัม หรืออนุภาคที่มีขนาดเล็กมากๆ เราอาจจะมองว่าเป็นเหมือน

of it like this. And let me play some music in the background. This is Rachmaninoff for

เดี๋ยวให้ครูเปิดเพลงเป็นแบคกราวน์ไปด้วยก่อน อันนี้เป็นเพลงของ Rachmaninoff สำหรับบรรเลงไวโอลินกับเปียโน

violin and piano. And so a violin can play any note. You just move your finger out just

ไวโอลินนั้น สามารถเล่นโน้ตไหนก้ได้ เพียงแต่ไล่นิ้วไปทีละน้อย

an incremental amounts and you can get any note. But a piano is going to be quantized.

ละน้อย เราก็จะได้โน้ตตามที่ต้องการ ในขณะที่เปียโนนั้น จะเป็นลักษณะแบบควอนตัม

You're going to have specific quantities you can only hit a C or a D or an E. And so really

คืออย่างน้อยจะต้องมีปริมาณเล็กสุดอันนึง (ไม่ใช่ว่าจะแบ่งได้ไม่สิ้นสุด - ผู้แปล) อาจจะเป็นโน้ตตัว C หรือ D หรือ E ... ทำนองเดียวกัน

which is light? Light is like a piano. It comes in these small little quantities of

แสงควรจะอยู่ในประเภทไหน? แสงก็จะเหมือนกับเปียโน คือจะมีลักษณะเป็นแบบควอนตัม ในรูปของโฟตอนเล็กๆ

photons. And so we can measure that energy using Planck's equation where h times nu is

และเราก็สามารถวัดพลังงานนั้นได้ โดยใช้สมการแพลงค์ ที่กำหนดว่า h คูณกับ v นั้น

going to be Planck's constant times the frequency of the light. And so which of these wavelengths

ก็คือค่าคงที่แพลงค์ คูณกับความถี่ของแสง เพราะงั้น พวกเราคิดว่า ความยาวคลื่นเหล่านี้

are going to have the highest amount of energy? Ones with the highest frequency. And those

อันไหนมีปริมาณพลังงานสูงสุด? ก็จะต้องเป็นอันที่มีความถี่สูงสุดนั่นเอง และอันที่ว่านั้น

are going to be the gamma rays right up here. Which ones are going to have really low energy?

ก็คิอรังสีแกมมาที่อยู่ทางด้านนี้ แล้วอันไหนที่มจะมีพลังงานต่ำ?

Those are going to be the radio waves down at the bottom. And so what we can do is we

ก็จะเป็นพวกคลื่นวิทยุทางด้านล่างนี้ จากข้อมูลนี้ เราก็อาจจะเอาไปประยุกต์ใช้

can measure photons and how they're picked up by atoms. And it tells us a lot about what

ในการวัดโฟตอน หรือดูว่ามันจะถูกดูดซับโดยอะตอมอย่างไร ซึ่งจะช่วยอธิบายได้มาก

the electrons are doing. And so a spectroscope allows us to see this whole electromagnetic

ว่าอิเลคตรอนนั้น มีบทบาทอย่างไรบ้าง โดยเราจะมีสเปคโตรสโคปที่จะเอามาช่วยในการตรวจสเปคตรัมพวกนี้

spectrum. One of the first scientists to do this was Newton. If you wanted to build one

นักวิทยาศาตร์คนแรกๆ ที่ศึกษาเรื่องนี้ ก็คือ ไอแซค นิวตัน ถ้าเราอยากจะลองทำดูเอง

of your own all you would need is a prism and then a small slit. So we run light through

ก็เพียงแต่เอาปรึซึมกับกล้องเล็กๆอันนึงมา จากนั้นก็ใช้แสงส่องผ่านเข้าไป

it. And it's going to split that light into the different colors that we could see. So

ก็จะเห็นว่ามันจะแยกแสงออกเป็นสีต่างๆ ที่เรามองเห็นได้

this would be a compact fluorescent. And you can see the different light, colors of light

ซึ่งก็คือแสงฟลูออเรสเซ่นที่รวมตัวกันอยู่นั่นเอง เป็นอันว่าเราจะเห็นแสงต่างๆ ที่มีสีต่างกัน

that are coming from it. In a typical chemistry class you'll just use a cheap spectroscope

ออกมาจากแสงแต่ละชนิดนั้น ในชั้นเรียนวิชาเคมีทั่วไปนั้น เรามักจะใช้สเปคโตรสโคปธรรมดาอย่างที่เห็นนี้

like this. It's going to have a slit on onside and then it's going to have diffraction grading

ก็จะมีช่องเล็ก อยู่ทางด้านนึง แล้วก็จะมีกระจกสะท้อนแนวแสง

on the other side. And then an eyepiece down here. And so when you look at a light it's

ในด้านตรงข้าม แล้วก็จะมีกระจกสำหรับมองอยู่ทางด้านนี้ พอเราดูแสงที่ส่องออกมา

going to look like this. But if we were to look at an incandescent light, it's going

ก็จะเห็นมีลักษณะเป็นอย่างนี้ แต่ถ้าเราเอาแสงที่มาจากหลอดไส้ธรรมดา (incandescent light)

to look different. And we can look at different atoms and it tells us a lot about their electrons.

ก็จะมีลักษณะแตกต่างออกไป เราจึงสามารถดูอะตอบแบบต่างๆได้ ซึ่งก็จะช่วยให้เราเรียนรู้เรื่องของอิเลคตรอนได้มาก

And so a spectrometer is simply a sophisticated spectroscope. What you're going to have is

ส่วนสเปกโตรมิเตอร์นั้น ก็จะเป็นสเปคโตรสโคปที่มีความซับซ้อนขึ้นมาหน่อยนั่นเอง ก็จะเริ่มด้วยการมีแหล่งกำเนิดแสง

a source. So we're going to have some light on one side. We're then going to have a grating

ก็คือจะมีแสงอยู่ทางด้านนึง จากนั้นก็จะมีกระจกเอียง

and the detector now is going to be a camera. It's just like a digital camera that's picking

แล้วก็มีเครื่องตรวจ ซึ่งคราวนี้จะมีกล้องติดอยู่ด้วย คล้ายกับกล้องดิจิตอล ที่จะทำหน้าที่ช่วยจับแสง

up more of the light that we can't see. And what you do is you take your sample and then

ที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า สิ่งที่เราต้องทำก็คือ เอาตัวอย่างที่จะตรวจสอบมา จากนั้น

you slide it in like that. And so different spectrometers are going to allow us to see

ใส่เข้าไปอย่างที่เห็นในรูป สเปคโตรมิเตอร์แบบต่างๆ ก็จะช่วยเราในการดู

different things. And so an IR spectroscopy, what we're looking at is infrared light. And

สิ่งที่แตกต่างกันออกไป อย่างเช่น IR สเปคโตรมิเตอร์ ก็จะใช้ในการตรวจแสงอินฟราเรด

so what's interesting about atoms is that they're vibrating constantly. There's going

เรื่องของอะตอมนั้น มีสิ่งที่น่าสนใจอันนึงก็คือมันจะมีการสั่นอย่างคงที่ตลอดเวลา

to be vibration between atoms and between molecules as well. And so let me give you

เป็นทั้งการสั่นระหว่างอะตอมและระหว่างโมเลกุลเช่นกัน ครูจะยกตัวอย่างให้ดู

an example. This would be a carbon and 2 hydrogens. And what they have are called degrees of freedom.

อันนี้จะเป็นคาร์บอนและไฮโดรเจนสองตัว และก็จะมีที่เรียกว่า ดีกรีออฟฟรีดอม (degrees of freedom)

And so there's going to be a lot of vibration going on within a molecule. And what you can

ก็จะมีการสั่นแบบต่างๆ มากมายอยู่ภายในโมเลกุล สิ่งที่เราจะ

have happen is that when you introduce infrared light, it can actually pick-up some of that

ทำให้เกิดขึ้นได้ก็คือ การส่องแสงอินฟราเรดเข้าไป มันก็จะรับเอาพลังงานนั้นเข้าไปได้

energy. The bond is going to pick up some of the energy of that infrared light. And

พันธะในโมเลกุลก็จะรับเอาพลังงานจากแสงอินฟราเรดเข้าไป

it's going to make these vibrate even more. And it's kind of like pushing somebody on

ก็จะทำให้การสั่นสะเทือนนั้น ยิ่งมากขึ้นไปอีก คล้ายกับการผลักคนที่เล่นชิงช้านั่นเอง

a swing. If you keep pushing them at the right rate, eventually they go higher and higher

ถ้าเราผลักไปเรื่อยๆ และถ้ามีจังหวะดีๆ ในที่สุดมันก็จะสูงขึ้นๆ และสูงขึ้น

and higher. And so what happens to that infrared light? It's absorbed. And so what we can do

แล้วก็สูงขึ้น .. แล้วตกลงเกิดอะไรขึ้นกับแสงอินฟราเรดล่ะ? แสงอินฟราเรดก็จะถูกดูดกลืนเข้าไป .. ดังนั้น สิ่งที่เราจะทำก็คือ

is we can use an IR spectroscope and we could look at what frequencies of light are being

เราจะใช้ IR สเปคโตรสโคป เพื่อที่จะหาค่าความถี่ของแสงที่ดูกดูดกลืนเข้าไป

absorbed. And then we can use a fingerprint or a correlation like this and it's going

แล้วเราก็เอาไปเทียบกับแผ่นอ้างอิงแบบที่เห็น

to tell us what kind of bonds we're going to find within that molecule. Now if we wanted

ก็จะบอกเราได้ว่าในโมเลกุลนั้นเป็นพันธะชนิดใด ทีนี้ ถ้าเราอยากจะ

to look at more of the electronic structure then we'd be using UV or visible light. And

ดูให้ลึกลงไปที่โครงสร้างของอิเลคตรอน เราก็จะต้องใช้ UV หรือแสงในย่านที่มองเห็นได้

so what we're doing here, same kind of a thing. Spectroscope where we have light. We have

ที่เราจะต้องทำก็จะเหมือนเดิม ใช้สเปคโตรสโคปที่ก็จะมีแสง มีเครื่องตรวจจับ

a detector. And this time we're just using UV light or visible light. And what we'll

เพียงแต่ว่าคราวนี้ เราจะใช้แสง UV หรือแสงในย่านที่มองเห็น แล้วก็จะ

find is instead of vibrating those molecules, what we're figuring out is that the photons

แทนที่จะเป็นการสั่นในโมเลกุลเหล่านั้น เราก็จะไปดูที่โฟตอน

are being absorbed by electrons. They're moving up to a higher energy level. And so that's

ที่ถูกกลืนโดยอิเล็กตรอน มันก็จะเลื่อนเข้าไปในระดับที่มีพลังงานสูงขึ้น

where the energy is going. and so we can us a spectrum like this. And it's going to tell

อย่างที่เห็นตรงนี้ แล้วก็อาจจะใช้สเปคตรัมอย่างอันนี้ ซึ่งก็จะบอกเรา

us more what those valence electrons or the electrons on the outside are doing. And then

หลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็นวาเลนซ์อิเลคตรอน หรืออิเลคตรอนวงนอก

we finally have Beer-Lambert law. And what that is, here's an example right here. We

สุดท้าย เราก็จะมีกฎของเบียร์-แลมเบิร์ต มีตัวอย่างให้เห็นอยู่ตรงนี้

have a dye and then we're shining a green laser into it. And what we're finding is that

ก็จะมีสีแล้วก็จะส่องเลเซอร์สีเขียวลงไป สิ่งที่จะเห็นก็คือ

laser light isn't making it all the way through. And that's because we have molecules on the

เลเซอร์จะผ่านไปไม่ได้ตลอดทั้งหมด เนื่องจากเรามีโมเลกุลภายใน

inside that are absorbing some of that light. And so here's an application of that. It's

ที่คอยดูดกลืนแสงบางส่วนไป และที่เห็นนี่ ก็คือการเอามาประยุกต์ใช้

just a simulation from phet. We have a light on this side. And then what we're going to

เป็นแบบจำลองจากเว็ปไซต์ของ PHET ซึ่งก็จะมีแสงอยู่ทางด้านนึง แล้วเราก็จะ

do is we're going to measure the amount of light that is moving through it. So I've turned

วัดปริมาณแสงที่ผ่านออกมาได้ ..เราก็จะเปิดแสง

the light on. We're going to set that to absorbance. It's the amount of light that gets through.

แล้วก็จะตั้งค่าให้เป็นการดูดกลืนแสง เป็นการวัดปริมาณแสงที่ผ่านออกมาได้

And we're dealing with cobalt chloride. And so what we've got is a solution. You can see

สารที่เราใช้ก็คือโคบอลต์คลอไรด์ เป็นสารละลายในการทดลองนี้ ก็จะเห็นว่า

as I turn down the concentration more light goes through. And as I increase the concentration,

พอเราใช้ค่าความเข้มข้นน้อยๆ แสงจะผ่านไปได้มาก พอเราเพิ่มค่าความเข้มข้นมากขึ้น

less light is making it's way through. And so this is Beer-Lambert Law. Basically as

แสงก็จะผ่านออกไปได้น้อยลง อันนี้คือกฎของเบียร์-แลมเบิร์ต

I increase the concentration less light makes its way through. And so I can do a quick little

ว่าง่ายๆว่า ถ้าเพิ่มความเข้มข้น แสงก็ผ่านได้น้อยลง ครูก็จะทำการทดลองง่ายๆตรงนี้

experiment here. I could set it at 0. And now at 50. And now at 100. Look what happens

ครูอาจจะตั้งค่าให้เป็น 0 หรือไม่ก็เป็น 50 หรืออาจจะเป็น 100 ก็ได้ ลองสังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นดู

as we increase it now to 150. Look what's happening to the absorbance. More of it is

ตอนที่ค่านั้นเพิ่มขึ้นเป็น 150 สังเกตการดูดกลืนแสงดู

being absorbed. Now let's move it to 250. And so here's my data right here. Where on

จะเห็นว่ามีการดูดกลืนมากขึ้น ทีนี้ถ้าเราเพิ่มค่าเป็น 250 ค่าที่ได้ทั้งหมดแสดงไว้ตรงนี้

the left I have the concentration. On the right I have the absorbance. And you can see

ทางด้านซ้ายจะเป็นค่าความเข้มข้น ด้านขวาจะเป็นการดูดกลืนแสง จะเห็นว่า

it looks like a pretty linear relationship. Let's graph it. So that's perfect. And so

เป็นความสัมพันธ์เชิงเส้น ลองวาดกราฟดูก็ได้ จะเป็นอย่างที่เห็นนี่

what we're finding is as we increase the concentration of the solution more of that light is being

จะเห็นว่าพอเราเพิ่มค่าความเข้มข้นของสารละลาย ปริมาณแสงที่ถูกดูดกลืนก็จะมีมากขึ้น

absorbed. And so what you could now use is you could just take a sample. We could measure

เมื่อเรารู้ความสัมพันธ์อันนี้แล้ว เราก็สามารถที่จะเอาข้อมูลตรงไหนมาใช้ก็ได้ เช่นถ้าเรารู้ปริมาณแสง

the absorbance of it. And then we could figure out specifically what is the concentration

ที่ถูกดูดกลืนไปที่ค่านึง เราก็ควรจะสามารถบอกได้ว่าสารมีค่าความเข้มข้นเป็นเท่าไร

of that solution. And so what did we learn? That light, and using Planck's equation, travels

ตกลงเราได้เรียนรู้อะไรไปบ่าง? เราเรียนรู้ว่า สมการของแพลงค์บอกเราว่าแสงเดินทาง

in these little photons. And we could quantify that. We can use it to probe matter. And that's

เคลื่อนที่ในรูปของโฟตอน ซึ่งสามารถวัดปริมาณได้ เอามาใช้ในการตรวจวัดสสารได้

because molecules are picking up or letting go of these photons. And then remember the

เนื่องจากโมเลกุลสาร สามารถดูดกลืนหรือปล่อยโฟตอนออกมาได้ แล้วก็จะมีเรื่องของ

three major things that infrared light allows us to look at the vibrations of molecules

สิ่งสำคัญสามอย่างที่แสงอินฟราเรดช่วยเราในการตรวจดูการสั่นของโมเลกุลต่างๆ

and tells us a lot about what their bonds are. Ultraviolet and visible light tells us

และช่วยเราได้มากในการอธิบายพันธะภายในโมเลกุลนั้น อุลตราไวโอเล็ตและแสงในย่านที่มองเห็นได้ ก็ได้ช่วยเรา

more about their electronic structure, where the electrons are. And then in solutions,

ในการศึกษาโครงสร้างอะตอม โดยเฉพาะในส่วนที่เป็นเรื่องของตำแหน่งของอิเลคตรอน จากนั้นก็เป็นเรื่องของสารละลาย

those absorbing materials remember will pick up some of that light. And so we can use Beer-Lambert's

ที่การดูดกลืนแสง จะเป็นการรับเอาพลังงานบางส่วนจากแสงไป ซึ่งเราก็สามารถเอากฎของเบียร์-แลมเบิร์ต

law to make predictions on the concentration based on the absorbance levels. So you should

มาใช้ทำนายค่าความเข้มข้นจากค่าของการดูดกลืนแสงที่วัดได้ เราน่าจะได้ทำความเข้าใจไปแล้ว

have learned to choose the correct spectroscopy to measure vibrational or electronic motion

ในการของการเลือกประเภทของสเปคโตรสโคป ที่จะเอามาวัดการสั่น หรือการเคลื่อนที่

of molecules. So again if you're looking at vibrational you better choose infrared. And

ของโมเลกุล แล้วก็ ถ้าเราจะศึกษาเรื่องการสั่น ก็ควรจะเลืกอินฟราเรด

if we're looking at electronic structure then you should choose UV or visible light. And

ถ้าจะศึกษาเรื่องโครงสร้างระดับอิเลคตรอน ก็ควรจะเลือก UV หรือแสงที่มองเห็น

then finally we could use the absorption of light to determine the concentration of absorbing

และท้ายสุด เราสามารถใช้การดูดกลืนแสง มาช่วยหาค่าความเข้มข้น

species in a solution. That's Beer-Lambert's law. As we increase the concentration, we

ของสารละลายได้ ตามกฎของเบียร์-แลมเบิร์ต ที่ว่า เมื่อเพิ่มความเข้มข้น

increase the absorbance and I hope that was helpful.

การดูดกลืนแสงก็เพิ่มตามไปด้วย ก็หวัง่วาทั้งหมดนี้ คงเป็นประโยชน์บ้าง