ฟิสิกส์อะตอม

การทดลองของครูกส์

เป็นการทดลองเพื่อแสดงให้เห็นถึงอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ

การทดลองของทอมสัน

เป็นการทดลองเพื่อหาค่าของประจุต่อมวลของอิเล็กตรอน โดยการใช้หลอดรังสีแคโทด

หลอดรังสีแคโทเป็นอุปกรณืทีมีส่วนประกอบที่ใช้ในการหาค่า 2 ส่วนคือ

1. ส่วนเร่งอิเล็กตรอน เป็นส่วนที่ใช้ความต่างศักย์เร่งประจุอิเล็กตรอน
2. ส่วนกรองความเร็ว ซึ่งมีสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

ส่วนเร่งอิเล็กตรอน

จากกฎอนุรักษ์พลังงานจึงทำให้พลังงานที่ต้นทางเท่ากับพลังงานที่ปลายทาง

พลังงานที่A = พลังงานที่C

แทนค่า

$\begin{array}{cc}(-q)V_a+E_{ka}& =(-q)V_c+E_{kc}\\ (-q)V_a+0& =(-q)V_c+\frac{1}{2}m{v}^2\\ q{V}_c-q{V}_a& =\frac{1}{2}m{v}^2\\ q(V_c-V_a)& =\frac{1}{2}m{v}^2\\ qV& =\frac{1}{2}m{v}^2\\ v& =\sqrt{\frac{2qV}{m}}\\ \end{array}$
แต่ข้อมูลที่มีในตอนนี้ทราบเพียงแค่ค่าของ $V$ เท่านั้น เราจึงยังหาค่าของ ไม่ได้เพราะเรายังไม่รู้ค่าของ $q$ และ $m$ จึงต้องหาความเร็วของอิเล็กตรอนจากส่วนกรองความเร็ว

ส่วนกรองความเร็ว:หาอัตราเร็วของอิเล็กตรอน

เมื่ออิเล็กตรอนวิ่งผ่านสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเป็นเส้นตรงแสดงว่าแรงของสนามแม่เหล็กเท่ากับสนามไฟฟ้าจึงหักล้างกันพอดีศูนย์

$\begin{array}{cc}\sum F& =0\\ F_E& =F_b\\ qE& =qvB\\ v& =\frac{E}{B};\\ \end{array}$

ค่าของ $E$ และ $B$ เป็นค่าของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่จ่ายเข้าไปจึงทำให้สามารถหาความเร็วของอิเล็กตรอนได้

ส่วนกรองความเร็ว:หาอัตราส่วนประจุต่อมวล$(\frac{q}{m})$

ต่อไปเป็นการหาอัตราส่วนประจุต่อมวล$(\frac{q}{m})$ ของอิเล็กตรอนโดยตัดสนามไฟฟ้าออกจะทำให้เหลือเพียงแต่สนามแม่เหล็กแต่เมื่ออิเล็กตรอนพุ่งเข้าไปจะทำให้มีเส้นทางโค้งตามกฎมือขวา ทำให้แรงที่กระทำกับเส้นแรงแม่เหล็กมีค่าเท่ากับแรงสู่ศูนย์กลาง

$\begin{array}{cc}{F}_b& =\frac{m{v}^2}{R}\\ qvB& =\frac{m{v}^2}{R}\\ \frac{q}{m}& =\frac{v}{BR};v=\frac{E}{B}\\ \frac{q}{m}& =\frac{\frac{E}{B}}{BR}\\ \frac{q}{m}& =\frac{E}{B^{2}R}\end{array}$

การทดลองหยดน้ำมันของมิลลิแกน

การทดลองนี้แสดงให้เห็นถึงค่าประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนโดยใช้หยดน้ำมันลอยนิ่งในสนามซึ่งทำให้แรงลัพธ์เท่ากับศูนย์

$\begin{array}{cc}\sum F& =0\\ F_E& =mg\\ qE& =mg\\ q& =\frac{mg}{E};E=\frac{V}{d}\\ q& =\frac{mg}{\frac{V}{d}}\\ \end{array}$

$q=\frac{mgd}{V}$ แต่ $q$ เป็นผลรวมของพลังงานจากอิเล็กตรอนหลายๆ ตัวรวมกัน เพราะฉะนั้น พลังงานของอิเล็กตรอนตัวเดียวจึงเท่ากับ

$\begin{array}{cc}q& =ne\\ e& =\frac{q}{n}\end{array}$

การแผ่รังสีของวัตถุดำและค่านิจของแพลงค์

วัตถุสามารถแผ่คลื่นรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ด้วยตัวเอง แต่จะมีความเข้มแสงต่างกันไปตามอุณหภูมิของวัตถุนั้นๆ โดยที่อุณหภูมิสูงวัตถุจะมีการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงของแสงมาก จึงเห็นวัตถุเหล่านี้เปล่งแสงได้ (ลองนึกภาพของหลอดไฟตามไป) แต่วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำจะมีการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในย่านของแสงน้อยมาก เราจึงไม่เห็นแสงเปล่งออกมา วัตถุที่แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี้เราเรียกว่า "วัตถุดำ" (Black Body) แพลงค์ได้จำลองการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของวัตถุดำ โดยให้วัตถุดำมีอะตอมคู่อยู่มากมาย ซึ่งอะตอมคู่จะสั่นให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา และเมื่ออะตอมมีการสั่นด้วยความถี่ที่มากขึ้น พลังงานที่ปล่อยออกมาก็ยิ่งมากขึ้นตามด้วย และถ้ายิ่งมีอะตอมมาก พลังงานก็จะมากตามเช่นกัน

$E=nhf$