ฟิสิกส์อะตอม 1 ทฤษฎีอะตอมสมัยเก่า ถึงการค้นพบอิเล็กตรอน

2. ตอนที่ 1 ทบทวนพื้นฐานเกี่ยวกับประจุไฟฟ้ า
1. ศักย์ไฟฟ้ ารอบจุดประจุ
เมื่อ V คือ ศักย์ไฟฟ้ารอบประจุ (โวลต์)
k = 9 x 109 N.m2/c2
Q คือ ประจุต้นเหตุ (คูลอมบ์)
R คือ ระยะห่างจากจุดประจุถึงจุดที่จะคานวณ (m)
Ep คือ พลังงานศักย์ไฟฟ้า (จูล)
q คือ ประจุทดสอบ (C)
V คือ ศักย์ไฟฟ้า ณ จุดนั้น ๆ (โวลต์)

3. 2. สนามไฟฟ้ าสม่าเสมอ
เมื่อ E คือ สนามไฟฟ้าสม่าเสมอ (V/m , N/C)
V คือ ความต่างศักย์ระหว่างขั้วบวกและลบ (โวลต์)
d คือ ระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้า (m)
F คือ แรงกระทาต่อประจุ q (นิวตัน)
q คือ ประจุที่อยู่ในสนามไฟฟ้านั้น (C)
q คือ ประจุไฟฟ้าในอนุภาค (C)
n คือ จานวนอิเล็กตรอน
e คือ ประจุของอิเล็กตรอน = 1.6x10 –19 C

4. 3. การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้ าในสนามแม่เหล็ก
เมื่อ R คือ รัศมีวงกลมการเคลื่อนที่ (m)
m คือ มวลของอนุภาคไฟฟ้า (kg)
v คือ ความเร็วของอนุภาคไฟฟ้า (m/s)
q คือ ประจุ (c)
B คือ ความเข้มสนามแม่เหล็ก (เทสลา)

5. แนวความคิดเกี่ยวกับ
โครงสร้างของสสาร
ในสมัยกรีกโบราณ

6. Democritus
ทุกสิ่งทุกอย่างประกอบขึ้นจาก อนุภาคที่
เล็กมาก จนไม่สามารถมองเห็น
ได้ อนุภาคเล็กๆ เหล่านี้จะรวมพวกเข้า
ด้วยกันโดยวิธีการต่างๆ สาหรับอนุภาค
เองนั้นไม่มีการเปลี่ยน แปลงและไม่
สามารถจะแตกแยกออกเป็นชิ้นส่วนที่
เล็กลงไปอีกได้
ภาษากรีก atoms ความหมายว่า ไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก
“ อะตอมเป็นชิ้นส่วนที่เล็กที่สุดของสสาร
ที่สามารถจะคงอยู่ได้ ”

7. Aristotle
“ ดิน น้า ลม ไฟ ”
Empedocles
สสารทุกชนิดมีเนื้อต่อเนื่อง ไม่มีช่องว่าง
ไม่มีเนื้อสสาร และสามารถแบ่งออกเป็นชิ้น
เล็ก ๆ เท่าใดก็ได้ ไม่จากัด นั่นคือ ไม่มี
อะตอม

8. ประดิษฐ์เครื่องสูบสุญญากาศ
มีกระแสไฟฟ้ าผ่านหลอดและมีสีเขียวจางๆ
เกิดขึ้นที่ผนังของหลอด

9. รูป Geissler tubes : The glow of the tube is quite dim in ambient light
มีกระแสไฟฟ้ าผ่านหลอดและมีสีเขียวจางๆเกิดขึ้นที่ผนังของหลอด

10. Sir William Crookes
รังสีแคโทดเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก
รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรง

11. A glass tube containing a glowing green electron beam
รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรง

14. สมบัติรังสีแคโทด
 วัสดุหลายชนิดที่ใช้ทาแคโทด จะให้รังสีแคโทดที่
มีสมบัติอย่างเดียวกัน
 เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก รังสีแคโทดเดินทางเป็น
เส้นตรงออกมาตั้งฉากกับผิวแคโทด
 สนามแม่เหล็กเบนรังสีแคโทดได้

15. สมบัติรังสีแคโทด
1) ทาให้สารเรืองแสงเกิดการเรืองแสงได้
2) เบี่ยงเบนเข้าหาขั้วไฟฟ้ าบวก
3) เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและทิศการเบี่ยงเบนเป็นไปตาม
กฎมือซ้าย
4) ไม่สามารถทะลุแผ่นโลหะบาง ๆ ที่ขวางกั้น
5) หมุนกังหันเล็ก ๆ ได้
ให้รู้ว่ามีประจุไฟฟ้ าเป็นลบ ให้รู้ว่า ภายในรังสีแคโทดประกอบไปด้วยก้อนอนุภาค
(อนุภาค คือ สิ่งที่มีตัวตนมีมวล มีโมเมนตัม ฯลฯ)

16. ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน
1) สสารทั้งหลายประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นหน่วยที่เล็ก
ที่สุดที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้
2) ธาตุแต่ละชนิดประกอบด้วยอะตอม โดยธาตุชนิด
เดียวกันจะมีอะตอมเหมือนกัน ส่วนธาตุต่างชนิดกัน
อะตอมจะแตกต่างกัน
3) อะตอมชนิดหนึ่งจะเปลี่ยนแปลงไปเป็นอะตอมชนิดอื่น
ไม่ได้

17. ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน
4) หน่วยย่อยของสารประกอบคือ โมเลกุล ซึ่งจะประกอบด้วย
อะตอมของธาตุองค์ประกอบในสัดส่วนที่แน่นอน
5) ในปฏิกิริยาเคมีใด ๆ อะตอมไม่มีการสูญหาย หรือทาให้เกิดขึ้น
ใหม่ได้แต่อะตอมจะเกิดการจัดเรียงตัวกันเป็นโมเลกุลใหม่เกิดขึ้น
เป็นสารประกอบ

18. ทฤษฎีอะตอมของดาลตันที่ปัจจุบันพบว่า
เป็นจริงเพียง 1 ข้อ คือ ข้อ 1 ซึ่งกล่าวว่า
สสารทั้งหลายประกอบด้วย
อะตอมซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด
ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้

19. Joseph John Thomson
รังสีแคโทดประกอบด้วย
อนุภาคที่มีมวลและอิเล็กตรอน คือ ส่วนประกอบที่สาคัญของอะตอม

20. ทอมสันได้ทาการทดลองโดยจัดขนาดและทิศทางของสนามไฟฟ้ า
และสนามแม่เหล็กให้เท่ากัน จนกระทั่งรังสีแคโทดวิ่งเป็นเส้นตรง

21. ผลการใส่สนามไฟฟ้ าระหว่างแผ่นที่ตั้งฉากกับ
เส้นทางวิ่งของอิเล็กตรอน

22. ผลการใส่สนามไฟฟ้ าระหว่างแผ่นที่ตั้งฉากกับเส้นทางวิ่งของอิเล็กตรอน

23. เมื่อใส่สนามแม่เหล็กอย่างเดียว

25. BvqF

แรงจากสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากคือ
อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้ง
ของวงกลมรัศมี R
qvB
R
mv

2
BR
v
m
q

อัตราส่วนประจุต่อมวล
ของอนุภาครังสีแคโทด

26. เมื่อใส่สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ า
อิเล็กตรอนวิ่งตรง
B
E
v
qvBqE



27. ตัวอย่าง
ในการทดลองของ Thomson เพื่อหาอัตราส่วนประจุต่อมวลของอนุภาค
รังสีแคโทด โดยใช้สนามแม่เหล็กขนาด คือ 1.4  10-3 เทสลา รัศมี
ความโค้งของลาอนุภาครังสีแคโทดจะเท่ากับ 9.13 เซนติเมตร ในการวัด
ความเร็วของอนุภาครังสีแคโทด พบว่า ถ้าต่อแผ่นโลหะทั้งสองซึ่งมี
ระยะห่างกัน 1.0 เซนติเมตรเข้ากับความต่างศักย์ไฟฟ้า 322 โวลต์จะทา
ให้อนุภาครังสีแคโทด เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง จงหาความเร็วและ
อัตราส่วนประจุต่อมวลอนุภาครังสีแคโทด

29. คุณรู้จริงไหม???
1. เมื่อรังสีคาโทดวิ่งผ่านขั้วไฟฟ้า จะเบนเข้าหาขั้ว.................................
2. เมื่อรังสีคาโทด วิ่งผ่านสนามแม่เหล็กจะ.............................................
3. เมื่อรังสีคาโทด พุ่งชนโลหะบาง ๆ รังสีทะลุไปได้หรือไม่..................
4. เมื่อรังสีคาโทดพุ่งชนกังหัน จะทาให้กังหัน.......................................
5. สมบัติใดของรังสีคาโทดทาให้ทราบว่า รังสีคาโทดมีประจุเป็นลบ
6. สมบัติใดของรังสีคาโทดทาให้ทราบว่า รังสีคาโทดมีประกอบไปด้วย
ก้อนอนุภาค

30. ทอมสันทราบได้อย่างไรว่าอนุภาคในลาของรังสี
แคโทดมีประจุเป็นลบ
ก. สามารถเบี่ยงเบนได้ในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า
ข. เพราะรังสีแคโทดเป็นรังสีที่เกิดจากขั้วลบ
ค. เมื่อเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าจะเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวก
ง. มีทิศการเคลื่อนที่ตรงกันข้ามกับกระแสไฟฟ้า

31. ทาไมหลอดรังสีแคโทดจึงต้องจัดให้เป็นหลอด
สุญญากาศหรือเกือบเป็นสุญญากาศ
ก. เพื่อให้สามารถมองเห็นลาแสงที่เกิดขึ้นได้ชัดเจน
ข. เพื่อลดความดันของอากาศในหลอด
ค. เพื่อให้สนามไฟฟ้าระหว่างขั้วหลอดคงที่
ง. เพื่อช่วยลดความร้อนให้กับขั้วของหลอด
จ. ป้องกันไม่ให้รังสีแคโทดชนกับโมเลกุลของอากาศซึ่งจะทาให้
เกิดรังสีได้น้อย

32. Robert A. Millikan
E
mg
q
mgqE


การหาประจุไฟฟ้ าของอิเล็กตรอนโดยการทดลองของมิลลิแกน

34. FE = mg
qE = mg
จากการทดลองถ้าจัดความต่างศักย์ไฟฟ้าให้เหมาะสมจะมีหยด
น้ามันบางหยดลอยนิ่งอยู่กับที่แสดงว่าแรงเนื่องจากสนามไฟฟ้า
เท่ากับแรงโน้มถ่วงของโลก
พิจารณาเฉพาะหยดที่อยู่นิ่ง ๆ

35. neE = mg เพราะ q = ne
FE = mg
qE = mg
ne = mg / E
q คือ ประจุรวมทั้งหมดในหยดน้ามัน(C) n คือ จานวนอิเล็กตรอน
e คือ ประจุอิเล็กตรอน 1 ตัว m คือ มวลของหยดน้ามันทั้งหมด (kg)
E คือ ความเข้มสนามไฟฟ้า (N/C)

36. ตัวอย่าง
 ในการทดลองของ Millikan ต้องใช้ความต่าง
ศักย์ไฟฟ้ าระหว่างแผ่นโลหะค่าเท่าใด จึงจะทาให้แรง
เนื่องจากสนามไฟฟ้ าที่กระทาต่อหยดน้ามันสมดุลกับแรง
ดึงดูดของโลก ถ้าหยดน้ามันมีมวล 6.4 10 – 15 กิโลกรัม
และได้รับอิเล็กตรอนเพิ่ม 7 ตัว ระยะห่างระหว่าง แผ่น
โลหะเท่ากับ 1 เซนติเมตร ประจุไฟฟ้ า ของอิเล็กตรอน
เท่ากับ 1.6 10 – 19 คูลอมบ์

38. 1. ในปัจจุบันใช้ธาตุอะไรเป็นมาตรฐานสาหรับการกาหนด
หน่วยทางมวลของอะตอม
 ก. ออกซิเจน
 ข. คาร์บอน
 ค. ไฮโดรเจน
 ง. ยูเรเนียม

39. 2. องค์ประกอบอันดับแรกของอะตอมที่มนุษย์รู้จัก
คือข้อใด
 ก. โปรตอน
 ข. นิวตรอน
 ค. นิวเคลียส
 ง. อิเล็กตรอน

40. 3. ในการทดลองหาค่าประจุต่อมวลของทอมสันโดยใช้
สนามแม่เหล็กที่มีความเข้ม 0.002 T ถ้าความต่างศักย์
ระหว่างแผ่นขนานสองแผ่น ห่างกัน 2 cm มีค่า 80 V
ความเร็วของอิเล็กตรอนขณะเคลื่อนที่ผ่านแผ่นโลหะนี้มีค่า
เท่าไร
 ก. 2 X 10 6 m / s
 ข. 4 X 10 6 m / s
 ค. 6 X 10 6 m / s
 ง. 8 X 10 6 m / s

42. 4. ในการทดลองหาค่าประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนโดยใช้
หลอดตาแมว ได้จัดค่าความต่างศักย์ระหว่างแคโทดกับ
แอโนดรูปก้นกระทะเท่ากับ 180 V ถ้ากระแสไฟฟ้ าที่ผ่าน
ขดลวดโซลินอยด์ทาให้เกิดสนามแม่เหล็ก 5 X 10–3 T
และทราบว่าอิเล็กตรอนมีประจุ - 1.6 X 10 – 19 C และมี
มวล 9 X 10– 31 kg อัตราเร็วของอิเล็กตรอนขณะวิ่งถึง
แอโนดเป็นเท่าไร
ก. 2 X 10 6 m / s ข. 4 X 10 6 m / s
ค. 6 X 10 6 m / s ง. 8 X 10 6 m / s

44. 5. จากโจทย์ข้อที่ 4. ขณะถึงแอโนดอิเล็กตรอนจะ
วิ่งด้วยรัศมีความโค้งเท่าไร
 ก. 3 X 10- 3 m
 ข. 5 X 10- 3 m
 ค. 7 X 10- 3 m
 ง. 9 X 10- 3 m

45. 6. ในการทดลองวัดอัตราส่วนประจุต่อมวลของ
อิเล็กตรอนโดยวิธีของทอมสัน โดยครั้งแรกให้รังสีแคโทด
เกิดการเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก แต่เมื่อใส่สนามไฟฟ้ าเข้า
ไปเพื่อหักล้างการเบี่ยงเบนของรังสีแคโทด กลับปรากฏว่า
รังสีแคโทดกลับเบี่ยงเบนมากยิ่งขึ้นผู้ทาการทดลองควรจะ
ทาอย่างไร
 ก. กลับทิศทางของสนามไฟฟ้ า
 ข. ลดความเข้มของสนามไฟฟ้ า
 ค. เพิ่มความเข้มของสนามไฟฟ้ า
 ง. ลดความเข้มของสนามแม่เหล็ก

46.  ก. 0.05 ซม.
 ข. 0.5 ซม.
 ค. 2.5 ซม.
 ง. 5.0 ซม.
7. ในการทดลองหลอดตาแมว พบว่า ความเร็วของอนุภาครังสี
แคโทดมีค่าเท่ากับ 9 x 10 7 m / s เมื่อนา ขดลวดโซลิ
นอยด์ที่ทาให้เกิดสนามแม่เหล็ก 0.1 เทสลา ครอบลงบนหลอดตา
แมว จงหาว่ารังสีแคโทด จะวิ่งเป็นเส้นโค้งด้วยรัศมีเท่าไร
(กาหนด ของอนุภาครังสีแคโทดเท่ากับ 1.8 x 10 11 C/kg )
m
e

47. 8. ในการทดลองตามแบบของมิลลิแกน พบว่าหยดน้ามัน
หยดหนึ่งลอยนิ่งอยู่ได้ระหว่างแผ่นโลหะ ขนานสองแผ่น
ซึ่งห่างกัน 0.8 cm โดยมีความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเท่ากับ
12,000 V ถ้าหยดน้ามันมีประจุไฟฟ้ า 8 X 10 – 19 C จะมี
น้าหนักเท่าไร
ก. 1.2 X 10 – 12 N ข. 2.2 X 10 – 12 N
ค. 3.2 X 10 – 12 N ง. 4.2 X 10 – 12 N

48. 9. ในการทดลองหยดน้ามันของมิลลิแกน หยดน้ามันมีมวล
6.4 X 10 – 14 kg ลอยนิ่งอยู่ระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่น ซึ่งมี
ความต่างศักย์ 10,000 V อยู่ห่างกัน 1 cm จานวน
อิเล็กตรอนซึ่งแฝงอยู่ในหยดน้ามันมีจานวนเท่าไร
ก. 4 ตัว ข. 6 ตัว
ค. 8 ตัว ง. 12 ตัว

49. 10. ในการทดลองเรื่องหยดน้ามันของมิลลิแกน ถ้าใช้
ความต่างศักย์ไฟฟ้ า 100 โวลต์ หยดน้ามันมีมวล
8 X 10 -16 kg ระยะห่างระหว่างแผ่นขั้วโลหะเท่ากับ
0.8 cm ทาให้หยดนามันอยู่นิ่ง หยดน้ามันได้รับ
อิเล็กตรอนกี่ตัว
ก. 1 ตัว ข. 2 ตัว
ค. 4 ตัว ง. 8 ตัว

50. 11. ในการทดลองเรื่องหยดน้ามันของมิลลิแกน พบว่าถ้า
ต้องการใช้โวลต์ หยดน้ามันซึ่งมีมวล 4.8 X 10 -15 kg ลอย
นิ่งอยู่ระหว่างแผ่นโลหะ 2 แผ่น ซึ่งวางขนานห่างกัน 1 cm
ถ้าใช้ความต่างศักย์ระหว่างแผ่นโลหะ 300 โวลต์ ถ้า
อิเล็กตรอนมีประจุ 1.6 X 10 -19 C และ ความเร่ง
เนื่องจากแรงดึงดูดของโลกเท่ากับ 10 m/s2 หยดน้ามันนี้
จะมีอิเล็กตรอนเกาะอยู่กี่ตัว
ก. 1 ตัว ข. 10 ตัว
ค. 100 ตัว ง. 1,000 ตัว

51. 12. ในการทดลองของมิลลิแกน เมื่อทาให้หยดน้ามันมวล
1.6 X 10 -14 kg ลอยหยุดนิ่งระหว่างแผ่นโลหะขนานซึ่ง
วางห่างกัน 1 cm โดยแผ่นบนมีศักย์ไฟฟ้ าสูงกว่าแผ่นล่าง
เท่ากับ 392 โวลต์ ถ้าความเร่ง เนื่องจากแรงดึงดูดของโลก
เท่ากับ 9.8 m/s2 และอิเล็กตรอนมีประจุ 1.6 X 10 -19 C
จงคานวณหาว่าหยดน้ามันนี้มีอิเล็กตรอนอิสระแฝงอยู่กี่ตัว
 ก. 25 ตัว ข. 50 ตัว
 ค. 250 ตัว ง. 500 ตัว

52. 13. หยดน้ามันมีมวล 1.92 x 10 -30 กิโลกรัม และมี
จานวนอิเล็กตรอนอิสระอยู่จานวนหนึ่งลอยนิ่ง อยู่ระหว่าง
แผ่นตัวนาขนาดที่มีสนามไฟฟ้ าความเข้ม 6x 10 -14
นิวตัน/คูลอมบ์ ทิศแนวดิ่ง มีอิเล็กตรอนอิสระกี่ตัวอยู่บน
หยด น้ามันดังกล่าว กาหนดประจุอิเล็กตรอนเป็น
-1. X 10 -19 คูลอมบ์
 ก. 250 ตัว ข. 500 ตัว
 ค. 1,000 ตัว ง. 2,000 ตัว

53. 14. ในการทดลองเรื่องหยดน้ามันของมิลลิแกนนั้น
พบว่าเมื่อเพิ่มค่าความต่างศักย์จนถึงค่าสูงสุดของ
เครื่องมือ แล้วไม่สามารถทาให้หยดน้ามันหยุดนิ่ง
หรือเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกับเมื่อยังไม่ให้ค่าความ
ต่างศักย์แสดงว่า
 ก. หยดน้ามันมีประจุชนิดที่ทาให้แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้ามี
ทิศทางเดียวกับแรงโน้มถ่วงของโลก
 ข. สนามไฟฟ้ามีค่าน้อยเกินไป
 ค. หยดน้ามันมีมวลมากเกินไป
 ง. ถูกทุกข้อ

54. 15. ในการทดลองหยดน้ามันของมิลลิแกน ปรากฏว่า
เมื่อยังไม่ใส่สนามไฟฟ้ าเข้าไป หยดน้ามันจะตกลงด้วย
ความเร็วคงที่ค่าหนึ่ง เมื่อใส่สนามไฟฟ้ าเข้าไปเพื่อจะให้
หยดน้ามันลอยนิ่งอยู่กับที่กลับปรากฏว่า หยดน้ามัน
กลับตกลงด้วยความเร็วสูงกว่าเดิม เหตุผลต่อไปนี้ข้อใด
ถูกต้อง
 ก. หยดน้ามันมีประจุลบ
 ข. ความเข้มของสนามไฟฟ้าต่าเกินไป
 ค. ความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงเกินไป
 ง. ทิศทางของสนามไฟฟ้าสลับกันกับที่ควรจะเป็น