ฟิสิกส์อะตอม

การทดลองของครูกส์

เป็นการทดลองเพื่อแสดงให้เห็นถึงอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ

การทดลองของทอมสัน

เป็นการทดลองเพื่อหาค่าของประจุต่อมวลของอิเล็กตรอน โดยการใช้หลอดรังสีแคโทด

หลอดรังสีแคโทเป็นอุปกรณืทีมีส่วนประกอบที่ใช้ในการหาค่า 2 ส่วนคือ

1. ส่วนเร่งอิเล็กตรอน เป็นส่วนที่ใช้ความต่างศักย์เร่งประจุอิเล็กตรอน
2. ส่วนกรองความเร็ว ซึ่งมีสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

ส่วนเร่งอิเล็กตรอน

จากกฎอนุรักษ์พลังงานจึงทำให้พลังงานที่ต้นทางเท่ากับพลังงานที่ปลายทาง

พลังงานที่A = พลังงานที่C

แทนค่า

${\begin{aligned}(-q)V_{a}+E_{ka}&=(-q)V_{c}+E_{kc}\\(-q)V_{a}+0&=(-q)V_{c}+{\frac {1}{2}}mv^{2}\\qV_{c}-qV_{a}&={\frac {1}{2}}mv^{2}\\q(V_{c}-V_{a})&={\frac {1}{2}}mv^{2}\\qV&={\frac {1}{2}}mv^{2}\\v&={\sqrt {\frac {2qV}{m}}}\\\end{aligned}}$
แต่ข้อมูลที่มีในตอนนี้ทราบเพียงแค่ค่าของ $V$ เท่านั้น เราจึงยังหาค่าของ ไม่ได้เพราะเรายังไม่รู้ค่าของ $q$ และ $m$ จึงต้องหาความเร็วของอิเล็กตรอนจากส่วนกรองความเร็ว

ส่วนกรองความเร็ว:หาอัตราเร็วของอิเล็กตรอน

เมื่ออิเล็กตรอนวิ่งผ่านสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเป็นเส้นตรงแสดงว่าแรงของสนามแม่เหล็กเท่ากับสนามไฟฟ้าจึงหักล้างกันพอดีศูนย์

${\begin{aligned}\sum F&=0\\F_{E}&=F_{b}\\qE&=qvB\\v&={\frac {E}{B}};\\\end{aligned}}$

ค่าของ $E$ และ $B$ เป็นค่าของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่จ่ายเข้าไปจึงทำให้สามารถหาความเร็วของอิเล็กตรอนได้

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

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

${\begin{aligned}F_{b}&={\frac {mv^{2}}{R}}\\qvB&={\frac {mv^{2}}{R}}\\{\frac {q}{m}}&={\frac {v}{BR}};v={\frac {E}{B}}\\{\frac {q}{m}}&={\frac {\frac {E}{B}}{BR}}\\{\frac {q}{m}}&={\frac {E}{B^{2}R}}\end{aligned}}$

การทดลองหยดน้ำมันของมิลลิแกน

การทดลองนี้แสดงให้เห็นถึงค่าประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนโดยใช้หยดน้ำมันลอยนิ่งในสนามซึ่งทำให้แรงลัพธ์เท่ากับศูนย์

${\begin{aligned}\sum F&=0\\F_{E}&=mg\\qE&=mg\\q&={\frac {mg}{E}};E={\frac {V}{d}}\\q&={\frac {mg}{\frac {V}{d}}}\\\end{aligned}}$

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

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

การแผ่รังสีของวัตถุดำและค่านิจของแพลงค์

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

$E=nhf$