pdf_20220923_095830_0000

แบบจำลองอะตอม
ของทอมสัน

หลอดรังสีแคโทดของ
เซอร์วิลเลียม ครูกส์​

ก่อนจะก้าวไปถึงแบบจำลองอะตอมของทอมสัน StartDee
ขอเกริ่นเรื่องหลอดรังสีแคโทดของเซอร์วิลเลียม ครูกส์ (Sir
William Crookes) ก่อน โดยนักวิทยาศาสตร์ท่านนี้ได้นำ
แนวคิดที่ว่า “ปรากฏการณ์ฟ้ าร้องและฟ้ าผ่า สามารถทำให้
แก๊สที่ปกติจะไม่นำไฟฟ้ า เปลี่ยนมานำไฟฟ้ าได้ในสภาวะที่
ความดันต่ำ และความต่างศักย์สูงมาก” มาใช้ประดิษฐ์หลอด
รังสีแคโทด ประกอบไปด้วยหลอดแก้วที่มีความดันต่ำมาก มี
ขั้วเป็นแผ่นโลหะ (Electrode) 2 ขั้ว โดยเรียกแผ่นโลหะด้าน
ลบว่า ขั้วแคโทด (Cathode) และแผ่นโลหะด้านบวกว่า ขั้ว
แอโนด (Anode) นอกจากนั้น ยังวางฉลากเรืองแสงที่ฉาบด้วย
ZnS (ซิงค์ซัลไฟด์) ไว้ภายใน โดยขนานไปกับความยาวของ
หลอดด้วย

จากนั้น เซอร์วิลเลียม ครูกส์ ได้ปล่อยกระแสไฟฟ้ า 10,000
โวลต์ เข้าไปในหลอดแก้วดังกล่าว ผลปรากฏว่า เห็นเส้นเรือง
แสงสีเขียวจปรากฎบนฉากเรืองแสง พุ่งจากขั้วแคโทดไปยังขั้ว
แอโนด โดยเรียกรังสีนี้ว่า "รังสีแคโทด"

จากการดัดแปลงหลอดรังสี
แคโทด สู่การคันพบอิเล็กตรอน

ของทอมสัน

เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน (Sir Joseph John Thomson) ได้
ทำการศึกษาหลอดรังสีแคโทดเพิ่มเติม โดยดัดแปลงหลอดรังสี
แคโทดของเซอร์วิลเลียม ครูกส์ใหม่เพื่อให้รังสีมีลักษณะเรียว
เล็ก โดยการทำให้รังสีพุ่งผ่านรูกลมที่เจาะด้านแอโนด จากนั้นให้
รังสีนี้วิ่งผ่านสนามไฟฟ้ า ปรากฏว่า รังสีดังกล่าวเบี่ยงเบนเข้าหา
ขั้วบวกเสมอ เพราะฉะนั้น รังสีนี้ต้องเป็นประจุลบ ซึ่งต่อมาถูก
ตั้งชื่อว่า “อิเล็กตรอน (Electron)”

ยังไม่หยุดอยู่แค่นี้ ! ทอมสันยังทดลองต่อไปโดยเปลี่ยนโลหะที่
ใช้เป็นขั้วแคโทดและชนิดของแก๊สไปเรื่อย ๆ ปรากฏว่าผลการ
ทดลองไม่ต่างจากเดิม นั่นทำให้ทอมสันสรุปง่าย ๆ ได้ว่า
“อะตอมของธาตุทุกชนิดต้องมีอนุภาคที่เป็ นประจุลบเป็ นองค์
ประกอบอยู่อนุภาคนี้เรียกว่า อิเล็กตรอน”

นอกจากนั้น ทอมสันยังสามารถคำนวณหาอัตราส่วนประจุต่อ
มวลของอนุภาคไฟฟ้ าในรังสีแคโทดด้วย โดยทดลองผ่านสนาม
แม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้ าอย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อให้รังสีเบนไปจาก
แนวเดิม จากนั้นใช้อีกสนามหนึ่งมาขืนให้รังสีกลับมาเป็นเส้น
ตรงเหมือนเดิม ในภาวะเช่นนี้แสดงว่าแรงจากสนามแม่เหล็ก
และแรงจากสนามไฟฟ้ าสมดุลกัน ทำให้ทอมสันหาอัตราส่วน
ประจุต่อมวล (e/m) ของอนุภาคได้ 1.759 × 108 คูลอมบ์ต่อ
กรัม

การหาค่าประจุของอิเล็กตรอน
โดยวิธีหยดน้ำมันของรอเบิร์ต

แอนดรูส์ มิลลิแกน

พอมีคนค้นพบอิเล็กตรอนแล้ว จึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่นัก
วิทยาศาสตร์ท่านอื่น ๆ จะเกิดนึกสงสัยเรื่องค่าของมัน โดยนัก
วิทยาศาสตร์ที่ทำการทดลองเรื่องนี้จนสำเร็จคือ รอเบิร์ต แอน
ดรูส์ มิลลิแกน (Robert Andrews Millikan)

มิลลิแกนได้ทำการพ่นน้ำมันเป็ นละอองเม็ดเล็กให้ตกลงมาระ
หว่างแผ่นโลหะ 2 แผ่น จากนั้นใช้รังสีเอกซ์ไปกระตุ้นให้
อิเล็กตรอนให้หลุดออกจากอะตอมของแก๊สในอากาศ เมื่อ
อิเล็กตรอนหลุดออกมาแล้วจะไปเกาะติดบนหยดน้ำมัน (หยด
น้ำมันบางหยดมีอิเล็กตรอนเกาะเพียงตัวเดียว ในขณะที่บาง
หยดมีมากกว่า 1 ตัว) ซึ่งจะตกลงมาตามแรงโน้ มถ่วงของโลก
ซึ่งมิลลิแกนได้ทำการผ่านกระแสไฟฟ้ าเข้าไปจนหยดน้ำมันลอย
นิ่งแสดงให้เห็นว่า แรงโน้ มถ่วงของโลกเท่ากับแรงทางไฟฟ้ า
แล้วคำนวณหาค่าประจุออกมาได้ 1.6 × 10-19 คูลอมบ์

ประจุลบ ก็ต้องค้นพบประจุ
บวก กับการทดลองของออย

เกน โกลด์ชไตน์​

ออยเกน โกลด์ชไตน์ (Eugen Goldstein) ได้นำหลอดรังสีแค
โทคมาเจาะรูเพิ่มด้านแคโทด และยังเพิ่มขั้วอีก 2 ขั้วเพื่อทำให้
เกิดสนามไฟฟ้ า ผลปรากฏว่า รังสีที่ออกมากลับเบนไปทาง
ขั้วลบ แสดงว่า ในรังสีนี้ประกอบไปด้วยอนุภาคที่มีประจุเป็น
บวก เพื่อความแม่นยำ โกลด์ชไตน์ได้ลองเปลี่ยนแก็สภายใน
เป็นชนิดอื่น ๆ ปรากฎว่ารังสีที่ออกมาจากด้านแคโทดตกคนละ
ตำแหน่งกัน สรุปได้ว่า ค่าประจุต่อมวลของอนุภาคบวกไม่คงที่
ขึ้นอยู่กับธาตุแต่ละชนิด

แบบจำลองอะตอม
ของทอมสัน

ได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของแก๊สในหลอดรังสี
แคโทด พบว่ามีรังสีออกจากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนด เรียกว่า
รังสีแคโทด เมื่อรังสีแคโทดเคลื่อนที่ผ่านสนามไฟฟ้า จะเบน
เข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้า แสดงว่า

รังสีแคโทด ประกอบด้วย อนุภาคที่มีประจุลบ
และสามารถคำนวณอัตราส่วนของประจุต่อมวล (e/m) ของ
รังสีแคโทดได้ พบว่าอัตราส่วนประจุต่อมวลของรังสีแคโทดมี
ค่าเท่ากับ 1.76×108 คูลอมบ์ต่อกรัม (C/g) ทุกครั้ง โดย
เปลี่ยนชนิดของแก๊สและโลหะที่ใช้ทำขั้วแคโทด

สรุปว่า อะตอมทุกชนิดมีอนุภาคที่มีประจุลบ (รังสีแคโทด)
เป็นองค์ประกอบ และต่อมาเรียกอนุภาคนี้ว่า อิเล็กตรอน
(Electron)

การเสนอแบบจำลองอะตอม

จึงเสนอแบบจำลองอะตอมว่า

"อะตอมมีลักษณะเป็ นทรงกลม ซึ่งมีประจุไฟฟ้ าเป็ นบวก และ
มีอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้ าเป็ นลบกระจายอย่างสม่ำเสมอ
อยู่บนพื้นผิว และมีจำนวนประจุลบเท่ากับประจุบวก ทำให้

อะตอมเป็ นกลางทางไฟฟ้ า"

สรุปแบบจำลองอะตอม
ของทอมสัน​

สรุปจากการทดลองเรื่องหลอดรังสีแคโทด พบว่าอะตอมยัง
สามารถแบ่งแยกได้อีกซึ่งไม่เป็ นไปตามแบบจำลองที่ดอลตันได้
เสนอไว้ เพราะภายในอะตอมจะมีอนุภาคที่มีประจุลบและประจุ
บวกอยู่

ดังนั้น แบบจำลองอะตอมของทอมสันจึงที่มีลักษณะเป็นทรง
กลมมีประจุบวกและประจุลบกระจายตัวอยู่ทั่วอะตอมอย่าง
สม่ำเสมอโดยประจุลบจะฝั งตัวอยู่ในเนื้ อของประจุบวกอีกที

1.นายชยพัทธ์​ไชยริปู​ชั้น​4/4​เ​ลขที่​2​
2.นายปฏิภาณ หมื่นนาที​ชั้น​4/4​เลขที่​6​
3.นายปรัชญา​ศรประดิษฐ์​ชั้น 4/4 เลขที่​8
4.นายธรรมสรณ์ ศิริสำเภา​ชั้น​4/4​เลขที่​18