แรงเข้มและแรงอ่อน

แรงอ่อน

(Weak force)

และ

แรงเข้ม

(Strong force)

นายกฤษกร สทิ ธอิ าษา ม.6.13 เลขท่ี 27
โรงเรยี นสามคั ควี ิทยาคม จ.เชยี งราย

ก

คำนำ

หนังสือเล่มเล็กแบบอิเล็กทรอนิกฉบับนี้เป็นส่วน
หนึ่งของรายวิชา วิทยาศาสตร์กายภาพ 2 รหัสวิชา ว30101
ซ่ึงผู้จดั ทำไดร้ บั ผดิ ชอบในเนอ้ื หา แรงอ่อน ซึง่ เปน็ หนงึ่ ในส่ี
แรงของแรงพ้ืนฐานในธรรมชาติ

ผู้จัดทำหวังว่าผู้อ่านจะได้รับความรู้จากหนังสือเล่ม
เล็กแบบอิเล็กทรอนิกฉบับนี้ ขอบคณุ

นายกฤษกร สทิ ธอิ าษา

สารบญั ข

บทนำ หน้า
แรงนวิ เคลียร์ 1
แรงออ่ น 3
แรงเขม้ 4
อนุภาคในอะตอม 7
อะตอมและทฤษฎอี ะตอม 11
บรรณานุกรม 14
23

1

แรงอ่อน (Weak force)
และ

แรงเขม้ (Strong force)

2124 เป็นสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุแมกนีเซียม
ซึ่ง Mg คือสัญลักษณ์ของธาตุ 12 คือ เลข อะตอม (atomic
number) หมายถึง จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส และตัวเลข 24
คือ เลขมวล (mass number) หมายถึงผลรวมของจำนวน
โปรตอนและจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส ดังนั้น ในนิวเคลียส
ของธาตุแมกนีเซียมจะมีจำนวนโปรตรอนเท่ากับ 11 และ
นวิ ตรอนเท่ากบั 24-12 = 12

ภาพจำลองกลุ่มหมอกอิเล็กตรอน ซึ่งแสดงให้เห็นว่า
อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนและนิวเคลียส
นิวเคลียสประกอบจากโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งเรียก
รวมว่านิวคลีออน

จากสมมติฐานของ เซอร์ เออร์เนส รัทเทอร์ฟอร์ด (Sir
Ernest Rutherford) ที่ได้เสนอแนวคิดว่า ภายในอะตอม
ส่วนใหญี่เป็นที่ว่าง โดยมีนิวเคลียสซึ่งมีขนาดเล็กมากและมี
ประจุไฟฟ้าเป็นบวกอยู่บนิเวณศูนย์กลาง และภายนอกมี

2

อิเล็กตรอนเครื่อนที่โดยรอบ ซึ่งเป็นผลมาจากแรงไฟฟ้าที่ยึด
อเิ ลก็ ตรอนซ่งึ มีประจลุ บกับอนุภาคในนิวเคลยี สที่มีประจุบวก

ภาพเซอร์ เออร์เนส รัทเทอร์ฟอร์ด
(Sir Ernest Rutherford)

โดยโปรตอนซึ่งมีประจุเป็นบวกเหมือนกันจึงสามารถอยู่
รวมกันในนิวเคลียสได้ เนื่องจากมีแรงนิวเคลียร์ที่ยึดเหนี่ยวนิ
วคลีออน ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน เข้าไว้ด้วยกัน แต่ทั้งนี้การท่ี
โปรตอนจำนวนมากสามารถอยู่ร่วมกันได้เนื่องมากจาก แรง
นิวเคลียร์ (nuclera force) ซึ่งมีค่าสูงกว่าแรงผลักไฟฟ้า
ระหวา่ งโปรตอน

ภาพแบบจำลองนิวเคลียสที่ภายในเกิด
แรงยดึ เหน่ียวระหว่างนิวคลอิ อน

3
แรงนิวเคลียร์ เป็นแรงที่เกิดขึ้นภายในนิวเคลียสของ
อะตอมทำหน้าที่ยึดเหนี่ยวนิวครีออนให้อยู่ในนิวเคลียส
แรงนิวเคลียร์เป็นแรงที่เกิดขึ้นในระยะทางสั้น ๆ ระหว่าง
นิวเคลียร์ออนที่อยู่ติดกัน เมื่อพ้นระยะทางค่าหนึ่งไปแล้ว
ค่าคงแรงนิวเคลียร์จะหมดไป ต่างจากแรงโน้มถ่วง และแรง
แม่เหล็กไฟฟ้า ที่สามารถเกิดขึ้นได้แม้ระยะทางไกลมาก ๆ
แรงนิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับแรงพื้นฐานในธรรมชาติ แรงหนึ่งท่ี
เรียกว่า แรงเข้ม หรือแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งเกี่ยวข้องกับ
อนุภาคที่เล็กกว่านิวคลีออน นอกจากนี้ยังมีแรงพื้นฐานใน
ธรรมชาติที่เกี่ยวกับนิวเคลียร์อีกแรงหนึ่งคือ แรงอ่อน หรือแรง
นิวเคลียร์อย่างอ่อน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสลายของนิวเคลียส
กมั มนั ตรงั สี

ภาพจำลองโครงสรา้ งของอะตอม

4

แรงอ่อน เดิมใช้วา่ แรงนิวเคลยี ร์อยา่ งอ่อน เกี่ยวข้องกับ

การสลายของกัมมันตรังสี เกิดขึ้นในนิวเคลียสที่สลายให้

อนุภาคบีตา ตัวอย่างการสลายให้อนุภาคบีตา เช่น

การสลายคาร์บอน-14 (14 ) ไปเป็น ไนโตรเจน-14 (14 )
6 7
ซึ่งเกิดจากการที่ “นิวตรอนในนิวเคลียสเดิมสลาย ไปเป็น

โปรตอน ภาคบีตาลบหรืออิเล็กตรอนอิสระ และอนุภาคกลาง

หรอื อเิ ลก็ ตรอนแอนตินวิ ทรีโน” เพือ่ ทำใหเ้ กดิ นวิ เคลียสใหม่ท่ีมี

ความเสถียรมากขนึ้

ภาพจำลองของการทน่ี ิวตรอนในนวิ เคลียสเดิมสลาย ไปเป็นโปรตอน ภาคบีตา
ลบหรอื อิเล็กตรอนอสิ ระ และอนภุ าคกลางหรืออิเล็กตรอนแอนตินิวทรโี น

5
การสลายของกัมมันตรังสี ซึ่งเกิดจากแรงอ่อนนั้น
ถูกนำไปประยุกต์ใช้กับการหาอายุในทางโบราณคดีและ
ธรณวี ทิ ยา เช่น การอาศัยความรเู้ ก่ยี วกับการสลายคาร์บอน-14
ในการตรวจสอบอายุของซากสิ่งมีชีวิต ถ่าน กระดูก
และเปลือกหอยที่มีอย่ใู นชว่ ง 1,000 ถึง 25,000 ปกี อ่ น

ภาพของซากส่ิงมชี ีวิตโบราณ ซ่งึ มอี ายุในช่วง1,000 ถึง 25,000 ปกี ่อน

อีกตัวอย่างหนึ่งของผลจากแรงอ่อน คือ การที่ความร้อน
ใต้ผิวโลกส่วนใหญ่มาจากการสลายของธาตุกัมมันตรังสีใน
ระดบั ชั้นแมนเทลิ และ ช้ันเปลือกโลก เนื่องมาจากแรงอออ่ น

6

ภาพแบบจำลองโครงสร้างภายในโลก

7
แรงเข้ม เป็น แรงที่เกี่ยวข้องกับ อนุภาคที่เล็กกว่า
นิวคลีออนเรยี กว่า ควาร์ก ซึ่งอนุภาคควารก์ ถกู ยึดเหนีย่ วกัน ไว้
ในนิวคลีออนด้วยแรงที่มีความเข้มสูงมาก และเรียกแรงนี้ว่า
แรงเขม้ แรงเขม้ จึงเปน็ แรง พ้ืนฐานทเี่ กย่ี วขอ้ งกบั แรงนวิ เคลยี ร

แรงเข้ม เดิมเรียกว่า แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม เป็นแรงยึด
เหนีย่ วอนุภาคท่ีเล็กกว่านวิ คลอี อน ทำใหเ้ กดิ เปน็ นิวครอี อนด้วย
ท่ีเล็กกวา่ เรียกวา่ ควาร์ก

ภาพแสดงตวั อยา่ งของอนุภาคทรี่ วมกนั เป็น ควาร์ก

เราสามารถเปรียบเทียบพฤติกรรมของแรงเข้มที่ยึด
เหนี่ยวควาร์กต่าง ๆ เข้าไว้ด้วยกันด้วยสปริงแข็ง หรือหนังยาง
ที่มีวัตถุติดอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง หรือวัตถุทั้งสองข้างเปรียบได้
กับ ควาร์ก จากนั้นเมื่อลองดึงวัตถุให้ออกห่างจากกัน
ถ้าระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง มีค่าน้อยแรงสปิงที่ดึง

8
ก็จะมีระยะที่มีค่าน้อย ถ้ามีระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง มีค่า
มาก แรงสปิงที่ยึดเหนี่ยววัตถุทั้งสองเข้าด้วยกัน ก็จะมีค่ามาก
ตามไปด้วย เมอื่ เปรียบเทียบกับแรงเขม้ ระยะหา่ งของควาร์กจะ
อยู่ในลักษณะที่คล้ายกัน คือแรงเข้มจะมีค่ามากขึ้นเม่ือ
ระยะห่างระหว่างควาร์กมากขึ้น อย่างไรก็ตามผลของแรงเข้ม
จะมีความจำกัดอยู่ในนิวเคลียสเท่านั้น ความสัมพันธ์ระหว่าง
ขนาดของแรงกับระยะทางระหว่างควาร์กสำหรับแรงเข้มน้ี
ตรงข้าม กับความสัมพันธ์ดังกล่าวสำหรับ แรงโน้มถ่วง และ
แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซงึ่ ขนาดของแรงจะมคี า่ มากขน้ึ เมอื่ ระยะทาง
ระหว่างอนภุ าคลดลง

ภาพการเชอ่ื มโยงสปรงิ กับพฤติกรรมชอแรงเข้ม

9
ดังนั้นแร งนิวเ ค ล ียร ์ท ี่ทำ ให้นิว คลีอ อนอย ู่ร่วมกันใน
นิวเคลียสเป็นผลมาจากแรงเข้มระหว่างควาร์กในนิวคลีออน
ท ำ ใ ห ้ เ ร า ไ ม่ ส า ม า ร ถ พ บ ล ค ว า ร ์ ก อ ิ ส ร ะ ใ น ธ ร ร ม ช า ติ ไ ด้
เนือ่ งจากควารก์ ถูกยึดเหนยี วไว้ดว้ ยแรงเข้มท่ีมีค่าสงู มาก
จากที่นี่ศึกษามาแลว้ ว่าแรงพื้นฐานในธรรมชาติทั้งหมดมี
สี่แรง ซึ่งเรียงตามความเข้มของแรงจากมากไปน้อย ได้ดังนี้ คือ
1. แรงเข้ม 2.แรงแม่เหล็กไฟฟ้า 3.แรงอ่อน 4.แรงโน้มถ่วง
สำหรับระยะของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงมีระยะเปน็
อนันต์ในขณะท่ีแรงเข้มและแรงอ่อนมรี ะยะทีจ่ ำกดั

ภาพแสดงเร่อื งแรงพนื้ ฐานในธรรมชาติ 4 ชนดิ

10

ความรู้เกี่ยวกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า และความก้าวหน้า
ของเทคโนโลยชี ว่ ยใหน้ กั วทิ ยาศาสตรพ์ ฒั นาครึ่งด้วยอนุภาคท่ีมี
พลังงานสูง เพื่อศึกษาผลที่เกิดขึ้นภายหลังการชนของอนุภาค
ตา่ ง ๆ

โดยผลจากการทดลองของ ฟรีดแมน(J.I.Friedman)
เคนดอลล์(H.W. Kendall) และเทเลอร์(R.E. Taylor) ในช่วงปี
พ.ศ. 2511 ถึง 2522 ทำให้ทราบว่า โปรตอน และนิวตรอน
ประกอบดว้ ยอนุภาคทเี่ ลก็ ยอ่ ยลงไปอกี อนภุ าคดงั กล่าวเรียกว่า
“ควารก์ ” ผลงานน้ีทำให้ถึงสามคนได้รบั โนเบล

ภาพของฟรดี แมน(J.I.Friedman) ภาพของเคนดอลล์(H.W. Kendall)

ภาพของเทเลอร์(R.E. Taylor)

11
อนภุ าคในอะตอม

อะตอมประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่สำคัญ 3 อนุภาค
ได้แก่

1.อิเลก็ ตรอน(electron)
2.โปรตอน(proton)
3.นวิ ตรอน(neutron)

ภาพแบบจำลองของนิวเคลยี สของอะตอมแสดงกล่มก้อนอัดแน่นของนิวคลีออน
2 ชนิดคือ โปรตอน (สีแดง) และ นิวตรอน (สีน้ำเงิน) ในแผนภาพนี้ โปรตอน
และนิวตรอนเหมือนลูกบอลที่หลอมติดอยู่ด้วยกัน แต่นิวเคลียสที่แท้จริง (ตาม
ความเข้าใจของฟิสิกส์นิวเคลียร์สมัยใหม่) ไม่สามารถอธิบายแบบนี้ แต่ต้องใช้
กลศาสตร์ควอนตมั เท่าน้นั ในนวิ เคลยี สท่คี รอบครองระดับพลังงานหน่ึง (เช่นใน
สภาวะล่างสุด (อังกฤษ: ground state)) แต่ละนิวคลีออนสามารถพูดได้ว่า
ครอบครองชว่ งหน่งึ ของตำแหนง่

12

อนุภาคขนาดเล็กคือโปรตอน, นิวตรอน และอิเล็กตรอน
มคี ุณสมบตั ิต่างกันดงั ตาราง

อนุภาค สัญลกั ษณ์ประจ(ุ คลู อมบ์) น้ำหนกั (kg)

โปรตอน p +1.60x10-19 1.67x10-27

นวิ ตรอน n - 1.67x10-27

อิเลก็ ตรอน e- -1.60x10-19 9.11x10-31

จากตาราง
อะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีประจุบวกเท่ากับประจุ

ลบ แสดงว่าในอะตอมมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวน
อ ิ เ ล ็ ก ต ร อ น ซ ึ ่ ง ใ น อ ะ ต อ ม จ ะ ม ี โ ป ร ต อ น จ ำ น ว น เ ท ่ า กั บ
"เลขอะตอม" และจำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน

โดยโปรตอนกับนิวตรอนเป็นอนุภาคที่มีน้ำหนักมากเมื่อ
เทียบกบั อิเลก็ ตรอน ดงั น้ันมวลของอะตอมกค็ ือจำนวนโปรตอน
รวมกบั จำนวนนวิ ตรอน นั่นคือ "เลขมวล"
เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนวิ ตรอน

13

เราสามารถเขียนเป็นสัญลักษณ์เพื่อระบุเลขอะตอมและ
เลขมวลได้ดงั น้ี



เมอื่ A แทน เลขมวล
Z แทน เลขอะตอม
X แทน สัญลักษณ์ของธาตุ

เช่น 1242 เป็นสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุ
แมกนีเซียม ซึ่ง Mg คือสัญลักษณ์ของธาตุ 12 คือ เลข อะตอม
(atomic number) หมายถึง จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส และ
ตัวเลข 24 คือ เลขมวล (mass number) หมายถึงผลรวมของ
จำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส ดังนั้น ใน
นิวเคลียสของธาตุแมกนีเซียมจะมีจำนวนโปรตรอนเท่ากับ 11
และนวิ ตรอนเท่ากับ 24-12 = 12

14

อะตอม ( Atom ) เป็นหน่วยพื้นฐานของสสาร ที่
ประกอบไปด้วยส่วนของนิวเคลียสที่หนาแน่นมากตรงจุด
ศูนย์กลางล้อมรอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ
นิวเคลียสมีประจุบวกประกอบด้วยอนุภาค โปรตอนที่มีประจุ
บวก และนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า อิเล็กตรอนของ
อะตอมถูกดึงดดู ใหอ้ ยู่กบั นิวเคลยี สด้วยแรงแม่เหลก็ ไฟฟ้า

ภาพแบบจำลองโครงสร้างอะตอมของลิเทียม

นั่นคือนิยามของอะตอม ที่บอกว่ามันมีประกอบด้วย
อนุภาคพื้นฐาน 3 ชนิด ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน และ
อเิ ล็กตรอน

การเร่ิมต้นนิยามเกี่ยวกับธรรมชาติของสิ่งต่าง ๆ ว่ามี
องค์ประกอบจากสิ่งใดน้นั เรมิ่ ต้นขนึ้ มาแลว้ ถึง 2,000 กว่าปกี อ่ น
โดยมีการนิยามอย่างน่าสนใจโดยนักปราชญ์ชาวเอเธน ชื่อว่า
ดิโมคริตสุ ( Democritus ที่มีชีวิตอยูใ่ นช่วง พ.ศ. 83 -173 เชื่อ
ว่าถ้าแบ่งสิ่งต่าง ๆ ให้มีขนาดเล็กลงเรื่อย ๆ ในที่สุดก็จะได้
หน่วยย่อยซึ่งไม่สามารถแบ่งให้เล็กลงได้อีก เรียกหน่วยย่อยนี้

15
ว่า อะตอม โดยเขาอธิบายอีกว่า ความเป็นจริงของโลกนี้มีแค่
อะตอมและชอ่ งว่าง

เ ซ อ ร ์ จ อ ห ์ น ด อ ล ต ั น ( Sir John Dalton )
นักวิทยาศาสตร์ชาวองั กฤษทีม่ ีชวี ติ อยใู่ นช่วง พ.ศ. 2309-2387
เป็นคนแรกที่เสนอทฤษฎีอะตอม ที่รู้จักกันในช่ือ ทฤษฎีอะตอม
ของดอลตัน ซึ่งมีสาระสำคัญดงั นี้

1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ หลายอนุภาค อนุภาค
เหล่านี้เรียกว่า อะตอม ซึ่งแบ่งแยกและทำให้สูญหาย
ไมไ่ ด้

2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน และมี
สมบตั ิแตกตา่ งจากอะตอมของธาตอุ น่ื

3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิด
ทำปฏิกิรยิ าเคมีกนั ในอตั ราส่วนท่ีเปน็ เลขลงตวั น้อย ๆ

ภาพแบบจำลองอะตอมของดอลตนั

16

ทฤษฎีอะตอมของดอลตันช่วยให้นักวิทยาศา สตร์สมัยนั้น
สามารถอธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้ระดับหน่ึง
ต่อมาเมื่อมีการศึกษาเกี่ยวกับอะตอมเพิ่มขึ้น และค้นพบข้อมูล
บางประการที่ไม่สอดคล้องกับแนวคิด นักวิทยาศาสตร์ร่นุ ต่อมา
จงึ ไดศ้ กึ ษาเพมิ่ เตมิ และสร้างแบบจำลองข้นึ มาใหม่

อ อ ย เ ก น โ ก ล ด ์ ช ไ ต น ์ ( Eugen Goldstein )
นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันที่มีชีวิตในช่วง พ.ศ. 2393 -
2473 ค้นพบรังสีที่มีประจุบวก จากการดัดแปลงหลอดรังสี
แคโทด โดยทำการทดลองกับแก๊สหลายชนิด พบว่าอนุภาคที่มี
ประจุบวกเหล่านี้มีอัตราส่วนประจุต่อมวล ( e/m ) ไม่คงที่ แต่
ถ้าบรรจุแก๊สไฮโดรเจนไว้ในหลอดรังสีแคโทด จะได้อนุภาคที่มี
ประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ ซึ่งต่อมาเรียกอนุภาค
บวกท่เี กิดจากแกส๊ ไฮโดรเจนน้ีว่า โปรตอน

เซอร์ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน ( พ.ศ. 2399 - 2483 ) ได้
ทำการทดลองเพ่ิมข้วั ไฟฟา้ 2 ขวั้ ในแนวดิ่ง กับหลอดรงั สแี คโทด
ที่ดัดแปลง พบว่าตำแหน่งของจุดสว่างเบนเข้าหาขั้วบวกของ
สนามไฟฟ้า และเมื่อเปลี่ยนชนิดของแก๊สที่บรรจุในหลอดและ
โลหะที่ใช้เปน็ แคโทด พบวา่ รงั สที ีเ่ กดิ ขึน้ ยังคงเบนเข้าหาข้ัวบวก
เหมือนเดิม เมื่อคำนวณหาอัตราส่วนประจุต่อมวล พบว่าได้ค่า
เท่ากับ 1.76 x 108 คูลอมบ์ต่อกรัม ทุกครั้งโดยไม่ขึ้นกับชนิด
ของแก๊สที่ใช้ จากผลการทดลองและการคำนวณนี้ช่วยให้ทอม

17

สันสรุปได้ว่า อะตอมทุกชนิดมีอนุภาคที่เป็นประจุลบเป็น
องค์ประกอบ อนภุ าคนี้เรียกวา่ อเิ ลก็ ตรอน

จากผลการทดลองของ โกลด์ชไตน์ และ ทอมสัน ทำให้
ได้ข้อมูลเกี่ยวกับอะตอมมากขึ้น จึงเสนอแบบจำลองอะตอม
ของทอมสัน ว่า “อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้อ
อะตอมซ่ึงมีประจุบวกและมอี เิ ลก็ ตรอนซึง่ มปี ระจลุ บกระจายอยู่
ทั่วไป อะตอมในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุ
บวกเท่ากับจำนวนประจุลบ”

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน นับเป็นก้าวสำคัญ
เกีย่ วกับการศึกษาเรือ่ งอะตอมตอ่ จากดอลตนั และถอื ได้วา่ ทอม
สันเป็นคนแรกที่เสนอรายละเอียดภายในอะตอม ทำให้ได้มโน
ภาพของอะตอมชัดขึ้น อย่างไรก็ตามในเวลาต่อมา เมื่อมี
การศึกษาทดลองเกี่ยวกับอะตอมมากขึ้น แบบจำลองอะตอม
ของทอมสันไม่สามารถอธิบายโครงสร้างของอะตอมได้อย่าง
ครอบคลมุ

เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด และ ฮันส์ ไกเกอร์
นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ศึกษาและพิสูจน์แบบจำลอง
อะตอมของทอมสัน เมื่อปี พ.ศ. 2454 โดยการยิงอนุภาค
แอลฟาซึ่งมีประจุบวกไปยังแผ่นทองคำบาง ๆ และใช้ฉากเรือง
แสงที่เคลือบด้วยซิงค์ซัลไฟด์โค้งเป็นวงล้อมรอบด้วยแผ่น
ทองคำเพื่อตรวจจับอนุภาคแอลฟา จากผลการทดลองพบว่า

18
ส่วนใหญ่จะเกิดการเรืองแสงบนฉากที่อยู่บริเวณด้านหลังของ
แผ่นทองคำ มบี างครง้ั ทเ่ี กดิ การเรืองแสงบรเิ วณดา้ นขา้ ง และ
มีนอ้ ยคร้งั ทเี่ กดิ การเรอื งแสงบรเิ วณด้านหน้า

ภาพการทดลองของรัทเทอรฟ์ อร์ด

จากการทดลองนี้ ถ้าอธิบายตามแบบจำลองของทอมสัน
อนุภาคแอลฟา ซึ่งมีประจุบวกก็ต้องผลักกับโปรตอนทำให้เกิด
การเบี่ยงเบนไปจากแนวเส้นตรงได้บ้าง แต่ไม่น่าจะมีอนุภาค
สะท้อนกลับมากระทบฉากบริเวณด้านหน้าได้ ดังน้ัน
รัทเทอร์ฟอร์ดอธิบายว่า แสดงว่าในอะตอมน่าจะมีอนุภาคที่มี
มวลสูงมากกว่าอนุภาคแอลฟา และมีประจุบวก จึงได้เสนอ
แบบจำลองอะตอมใหม่ว่า “อะตอมประกอบด้วยนิวเคลยี สท่มี ี
ขนาดเล็กมากอยู่ภายใน และมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก โดยมี
อิเลก็ ตรอนวง่ิ อยูร่ อบ ๆ”

19

ภาพแบบจำลองอะตอมของรทั เทอรฟ์ อร์ด

จ ะ เ ห ็ น ว ่ า ก า ร ศ ึ ก ษ า เ ก ี ่ ย ว ก ั บ อ ะ ต อ ม ท ำ ใ ห้
นักวิทยาศาสตร์ทราบว่าในอะตอมประกอบด้วย อิเล็กตรอน
และโปรตอน ตามแบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด มวลอะตอม
คือมวลของนิวเคลียส ถ้านิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนอย่าง
เดียว มวลของนิวเคลียสก็น่าจะเท่ากับมวลของโปรตอน
รวมกนั แตจ่ ากการทดลองพบวา่ มวลของธาตุสว่ นใหญ่มคี ่าเป็น
สองเท่า หรือมากกว่ามวลของโปรตอนทั้งหมดรวมกัน
รัทเทอร์ฟอร์ดจึงสันนิษฐานว่า น่าจะมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งใน
นิวเคลียส และอนุภาคนั้นควรมีมวลใกล้เคียงกับมวลของ
โปรตอนและเปน็ กลางทางไฟฟ้า และการทดลองของทอมสันใน
ปี พ.ศ. 2456 กไ็ ดส้ นบั สนุนแนวคิดน้เี ชน่ กนั เม่ือเขาได้ศึกษาหา
มวลของอนุภาคบวกของแก๊สนีออนที่บรรจุในหลอดรังสีแคโทด
พบว่า อนภุ าคบวกมีมวล 2 คา่ คือ 20 และ 22 หนว่ ย นน่ั แสดง
ว่านีออนประกอบดว้ ยอะตอม 2 ชนิดที่มมี วลไม่เท่ากนั

20

ต่อมาใน พ.ศ. 2475 เซอร์เจมส์ แซดวิก ได้ทดลองยิง
อนุภาคแอลฟาไปยังอะตอมของธาตุต่าง ๆ และทดสอบผลการ
ทดลองด้วยเครื่องมือที่มีความเที่ยงตรงสูง ทำให้มั่นใจว่า ใน
นิวเคลียสมีอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าอยู่จริง และเรียกว่า
นิวตรอน การค้นพบครั้งนี้ทำให้ความรู้เกี่ยวกับอะตอมชัดเจน
ว่า “อะตอมประกอบไปด้วยอนุภาคมูลฐาน 3 ชนิด คือ
อิเลก็ ตรอน โปรตอน และนิวตรอน”

แต่แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด ยังไม่สามารถ
อธิบายได้ว่าอิเล็กตรอนอยู่รอบนิวเคลียสในลักษณะใด
นักวิทยาศาสตร์จึงได้ศึกษาค้นคว้า ทดลอง จนได้แบบจำลอง
อะตอมของโบร์ว่า “อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสที่
เป็นวงคล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ แต่
ละวงจะมีระดับพลังงานเฉพาะตัว ระดับพลังงานของ
อ ิ เ ล ็ ก ต ร อ น ท ี ่ อ ย ู ่ ใ ก ล ้ น ิ ว เ ค ล ี ย ส ท ี ่ ส ุ ด ซ ึ ่ ง ม ี พ ล ั ง ง า น ต ่ำสุ ด
เรียกว่า ระดับ K ระดับพลังงานที่อยู่ถัดมาเรียก L M N
ตามลำดบั ”

21

ภาพแบบจำลองอะตอมของโบร์

แตแ่ บบจำลองอะตอมของโบรย์ ังมีข้อจำกดั ทีไ่ มส่ ามารถอธบิ าย
สเปกตรมั ของอะตอมที่มหี ลายอิเลก็ ตรอนได้ นักวิทยาศาสตร์จงึ
ได้ศึกษาค้นคว้า ทดลองเพิ่มเติมจนค้นพบแบบจำลองอะตอม
แบบกลุ่มหมอก โดยแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกกล่าว
ไว้ว่า “ อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมากและเคลื่อนที่อย่างรวดเรว็
ตลอดเวลาไปทั่วทั้งอะตอม จึงไม่สามารถบอกตำแหน่งท่ี
แน่นอนของอะตอมได้ อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์พบว่ามี
โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบางบริเวณ
เท่านั้น ทำให้สร้างมโนภาพได้ว่าอะตอมประกอบด้วยกลุ่ม
หมอกของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียส บริเวณที่กลุ่มหมอก
ทึบแสดงว่าโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มี
กลุ่มหมอกจาง”แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกสามารถอธิบาย

สมบัติต่าง ๆ ของอะตอมไดอ้ ย่ากวา้ งขวาง แต่นัน่ ก็ไม่ใช่เหตุผลในการยุติ
การศึกษาทดลองเกี่ยวกับอะตอม เพราะความร้ทู างวิทยาศาสตร์สามารถ

22

เปลย่ี นแปลงได้เมอื่ มีหลกั ฐาน ประจกั ษพ์ ยาน หรอื ขอ้ มลู ใหม่ ๆ
ที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ได้ดีกว่า ดังนั้น ในอนาคตจึงอาจจะมี
แบบจำลองอะตอมที่สามารถอธิบายโครงสร้างอะตอมได้
เหมาะสมกวา่ ในปจั จบุ ันกเ็ ปน็ ได้

23

บรรณานกุ รม

สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี, สถาบัน. (2563)
หนงั สือเรียนรายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตรแ์ ละ
เทคโนโลยวี ทิ ยาศาสตร์กายภาพ เลม่ ท่ี 2 ตาม
มาตรฐานการเรยี นรู้และตัวชว้ี ดั กลมุ่ สาระการเรียนรู้
วทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ.
2560) ตามหลักสูตรแกนกลางการศกึ ษาขน้ึ พื้นฐาน
พุทธศักราช 2551. กรงุ เทพฯ: โรงพมิ พ์ สกสค.
ลาดพรา้ ว.

ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. (2563)
หนังสอื เรยี นรายวิชาเพมิ่ เตมิ วิทยาศาสตรแ์ ละ
เทคโนโลยเี คมี เล่มที่ 1 ตามมาตรฐานการเรยี นรแู้ ละ
ตัวช้ีวดั กลมุ่ สาระการเรยี นรู้วิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี
(ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ตามหลักสตู รแกนกลาง
การศกึ ษาข้ึนพืน้ ฐาน พุทธศักราช 2551. กรงุ เทพฯ:
โรงพมิ พ์ สกสค. ลาดพรา้ ว.

สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี, สถาบัน. (2558)
หนงั สือเรียนรายวชิ าเพมิ่ เตมิ เคมี เล่มที่ 1. กรงุ เทพฯ:
โรงพมิ พ์ สกสค. ลาดพรา้ ว.

24

ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี, สถาบัน. (2558)
หนงั สอื เรยี นรายวชิ าเพม่ิ เตมิ ฟิสิกส์ เลม่ ที่ 1.
กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพร้าว.

สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบนั . (2558)
หนังสอื เรยี นรายวชิ าเพม่ิ เตมิ ฟิสิกส์ เลม่ ท่ี 4.
กรุงเทพฯ: โรงพมิ พ์ สกสค. ลาดพร้าว.

ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบนั . (2558)
หนงั สอื เรียนรายวิชาเพม่ิ เติม ฟสิ ิกส์ เลม่ ท่ี 5.
กรงุ เทพฯ: โรงพมิ พ์ สกสค. ลาดพรา้ ว.