การทดลองของทอมสัน

  คุณสมบัติของรังสีแคโทด

        1.ออกมาจากขั้วไฟฟ้าลบ(ขั้วแคโทด)

        2.เดินทางเป็นเส้นตรง ด้วยความเร็วสูงมาก

        3.เมื่อกระทบสารเรืองแสงทำให้เกิดการเรืองแสงขึ้น

        4.เป็นลำของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ

        5.ไม่สามารถทะลุผ่านฉากบาง ๆ ได้

        6.เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

         เจ เจ ทอมสัน (Joseph John Thomson) ได้ทดลองเพื่อหาค่าประจุไฟฟ้าต่อมวลของอนุภาครังสีแคโทด (q/m) โดยในการทดลองใช้หลอดดังรูป

เมื่อต่อขั้วแคโทดและแอโนดเข้ากับความต่างศักย์สูง ๆ จะพบว่ามีรังสีแคโทดถูกปลดปล่อยออกมาและรังสีนั้นถูกเร่งผ่านความต่างศักย์ระหว่างแคโทดกับแอโนด รังสีที่ถูกเร่งจะเคลื่อนที่ผ่านช่องเล็ก ๆ ทำให้เกิดจุดสว่างที่ผนังหลอดถ้าเราใส่สนามแม่เหล็กเข้าไประหว่างแผ่นโลหะขนานโดยให้ทิศของสนามแม่เหล็กมีทิศพุ่งเข้าหาแผ่นกระดาษ(ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของรังสีแคโทด) จะทำให้รังสีแคโทดเบี่ยงเบนลงดังรูป (รังสีแคโทดมีประจุไฟฟ้าลบ)  

ขณะนี้เราจะได้ความสัมพันธ์ว่า

                                         แรงเนื่องจากสนามแม่เหล็ก = แรงสู่ศูนย์กลาง

                                                                   ---------------- I

จากสมการ I  ค่า B และ r เราสามารถวัดได้ ส่วนความเร็วของรังสีแคโทด v หาได้ ดังนี้

        โดยการใส่สนามไฟฟ้าเข้าไประหว่างแผ่นโลหะคู่ขนาน P และ Q (ต่อแผ่น Q เข้ากับแหล่งที่มีศักย์ไฟฟ้าบวก และต่อแผ่น P เข้ากับแหล่งที่มีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ)โดยให้ทิศของแรงที่กระทำต่ออนุภาครังสีแคโทดเนื่องจากสนามไฟฟ้ามีทิศตรงกันข้ามกับทิศของแรงเนื่องจากรังสีแคโทด แล้วปรับความต่างศักย์ระหว่างแผ่นโลหะขนานจนกระทั่งลำของรังสีแคโทดเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในสนามทั้งสอง ดังรูป

แทนค่า v ในสมการ I จะได้

    เมื่อ          q/m = ประจุต่อมวลของอนุภาคที่ต้องการศึกษา (C/kg)

                    B = ความเข้มสนามแม่เหล็ก  (T, Wb/m2)

                    E = ความเข้มสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะขนาน  (v/m)

                    V = ความต่างศักย์ระหว่างแผ่นโลหะขนาน  (v)

                    r  = รัศมีความโค้งของการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่พิจารณาในสนามแม่เหล็ก (m)

                   d  = ระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะขนาน   (m)   

  จากการทดลอง ทอมสันสามารถหาค่า q/m ของอนุภาครังสีแคโทด ได้เท่ากับ 1.76x1011 C/kg แต่เมื่อทอมสันได้ทดลองโดยเปลี่ยนโลหะที่ทำขั้วแคโทดเป็นโลหะชนิดต่าง ๆ แล้ววัดค่า q/m เขาพบว่าค่าประจุต่อมวลของอนุภาคที่ได้จากโลหะต่าง ๆ  มีค่า เท่ากันคือ  = 1.76x1011   C/kg ทอมสันจึงสรุปว่ารังสีแคโทดจากโลหะทั้งหลายเป็นอนุภาคชนิดเดียวกัน    ต่อมาพบว่ารังสีแคโทดก็คืออิเลค ตรอนนั่นเองและถือว่าทอมสันเป็นคนแรกที่พบอิเลคตรอน  

ทอมสันยังได้ทดลองวัดค่า q/m ของ hydrogen ion (อะตอมไฮโดรเจนที่สูญเสียอิเลคตรอนไป)  หาค่า q/m ของ hydrogen ion ได้ = 9.7x107 C/kg

เมื่อเปรียบเทียบมวลของไฮโดรเจนกับอิเลคตรอนจะได้         

จากการศึกษาทราบว่าอะตอมไฮโดรเจนเป็นอะตอมที่เบาที่สุด แต่ยังมีมวลมากกว่าอิเลคตรอนถึง 1800 เท่า อะตอมไฮโดรเจนซึ่งเบาที่สุดและเล็กที่สุดแต่ยังหนักกว่าอิเลคตรอนมาก ๆ ก็แสดงว่ายังมีสิ่งที่เล็กกว่าอะตอมลงไปอีกและสิ่งนั่นก็คือ อิเลตรอน

        ทอมสันจึงสรุปว่า อะตอมซึ่งแต่เดิมเชื่อว่าแบ่งแยกไม่ได้ไม่เป็นความจริง ความจริงอะตอมต้องแบ่งแยกได้และ  อิเลคตรอนต้องเป็นส่วนประกอบหนึ่งของอะตอม  

 กลับสู่เมนูอิเลคตรอนและโครงสร้างอะตอม