Page 3 - ทฤษฎีควอนตัมและโครงสร้างอะตอม

ห น้ า | 71 บทที่ 3  โครงสร้างอะตอมและทฤษฎีควอนตัม

ภาพ 3-2 การวัดอัตราส่วนประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนของทอมสัน ทอมสันใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

เพื่อเบนล าอิเล็กตรอนในหลอดรังสีแคโทด จากการวัดความแรงของสนามที่ผลทั้งสองหักล้างพอดี
คือล าอิเล็กตรอนไม่เบน ทอมสันสามารถค านวณอัตราส่วนประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนได้

[Tro, Chemistry A Molecular Approach 2 edition, 2011, Pearson]

น้ ามันถูกพ่นเป็นละอองฝอยเล็กๆ โดยใช้อะตอมไมเซอร์ (atomizer) จากนั้นปล่อยให้เคลื่อนที่ตก

ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกผ่านรูขนาดเล็กไปยังแผ่นด้านล่าง ในระหว่างการตกของหยดน้ ามัน หยดน้ ามันจะ
เกิดอันตรกิริยากับแสงที่มีพลังงานสูง (รังสีเอ็กซ์) ท าให้เกิดประจุบนลบบนหยดน้ ามัน ซึ่งในช่วงเวลานี้มีแรง

กระท าต่อหยดน้ ามันทั้งหมดสามแรง คือแรงดึงดูดระหว่างหยดน้ ามันกับแผ่นประจุบวกที่อยู่ด้านบน แรงผลัก

ระหว่างหยดน้ ามันกับแผ่นประจุลบที่อยู่ด้านล่าง และแรงโน้มถ่วงของโลก โดยการปรับศักย์ไฟฟ้าบนแผ่นทั้ง
สอง การตกของหยดน้ ามันประจุลบเคลื่อนที่ช้าลงและหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

จากศักย์ไฟฟ้าที่ต้องใช้เพื่อท าให้หยดน้ ามันหยุดนิ่งและจากมวลของหยดน้ ามัน (หาจากรัศมีและความ

หนาแน่นของหยดน้ ามัน) มิลลิแกนสามารถค านวณประจุบนหยดน้ ามันแต่ละหยด เขาให้เหตุผลว่าเนื่องจากแต่

ละหยดน้ ามันต้องมีเลขจ านวนเต็มของอิเล็กตรอน ดังนั้นประจุของแต่ละหยดต้องเป็นเลขจ านวนเต็มคูณด้วย
ประจุของอิเล็กตรอน นั่นคือ q = ne (เมื่อ n = 1, 2, 3, …) เขาพบว่าการวัดประจุบนแต่ละหยดน้ ามันมีค่า

–19
เท่ากับเลขจ านวนเต็มคูณด้วย –1.60 x 10 คูลอมบ์ (C) ซึ่งก็คือประจุของหนึ่งอิเล็กตรอน จากตัวเลขนี้และ
จากอัตราส่วนประจุต่อมวลของทอมสัน เราสามารถค านวณหามวลของอิเล็กตรอนได้ดังนี้

มวล
ประจุ x = มวล
ประจุ g

–28
–1.60 x 10 C x = 9.10 x 10 g
–19
8
–1.76 x 10 C

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. สมศักดิ์ ศิริไชย