Physics atom part 1

ตอนที่ 1 ทบทวนพืนฐานเกียวกับประจุไฟฟ้ า
้
่
1. ศักย์ ไฟฟารอบจุดประจุ
้
เมื่อ

V คือ ศักย์ไฟฟ้ ารอบประจุ (โวลต์)
k = 9 x 109 N.m2/c2
Q คือ ประจุตนเหตุ (คูลอมบ์)
้
R คือ ระยะห่างจากจุดประจุถึงจุดที่จะคานวณ (m)
Ep คือ พลังงานศักย์ไฟฟ้ า (จูล)
q คือ ประจุทดสอบ (C)
V คือ ศักย์ไฟฟ้ า ณ จุดนั้น ๆ (โวลต์)

2. สนามไฟฟาสม่าเสมอ
้
เมื่อ

E คือ สนามไฟฟ้ าสม่าเสมอ (V/m , N/C)
V คือ ความต่างศักย์ระหว่างขั้วบวกและลบ (โวลต์)
d คือ ระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้ า (m)
F คือ แรงกระทาต่อประจุ q (นิวตัน)
่
q คือ ประจุที่อยูในสนามไฟฟ้ านั้น (C)
q คือ ประจุไฟฟ้ าในอนุภาค (C)
n คือ จานวนอิเล็กตรอน
e คือ ประจุของอิเล็กตรอน = 1.6x10 –19 C

3. การเคลือนทีของประจุไฟฟ้ าในสนามแม่ เหล็ก
่ ่
เมื่อ

R คือ รัศมีวงกลมการเคลื่อนที่ (m)
m คือ มวลของอนุภาคไฟฟ้ า (kg)
v คือ ความเร็ วของอนุภาคไฟฟ้ า (m/s)
q คือ ประจุ (c)
B คือ ความเข้มสนามแม่เหล็ก (เทสลา)

แนวความคิดเกียวกับ
่
โครงสร้ างของสสาร
ในสมัยกรีกโบราณ

Democritus

“ อะตอมเป็ นชิ้นส่ วนทีเ่ ล็กทีสุดของสสาร
่
ทีสามารถจะคงอยู่ได้ ”
่

ทุกสิ่ งทุกอย่ างประกอบขึนจาก อนุภาคที่
้
เล็กมาก จนไม่ สามารถมองเห็น
ได้ อนุภาคเล็กๆ เหล่ านีจะรวมพวกเข้ า
้
ด้ วยกันโดยวิธีการต่ างๆ สาหรับอนุภาค
เองนั้นไม่ มีการเปลียน แปลงและไม่
่
สามารถจะแตกแยกออกเป็ นชิ้นส่ วนที่
เล็กลงไปอีกได้
ภาษากรีก atoms ความหมายว่ า ไม่ สามารถแบ่ งแยกได้ อีก

Aristotle
“ ดิน นา ลม ไฟ ”
้

Empedocles

สสารทกชนิดมีเนื้อต่ อเนื่อง ไม่ มีช่องว่ าง
ุ
ไม่ มีเนื้อสสาร และสามารถแบ่ งออกเป็ นชิ้น
เล็ก ๆ เท่ าใดก็ได้ ไม่ จากัด นั่นคือ ไม่ มี
อะตอม

ประดิษฐ์ เครื่องสู บสุ ญญากาศ
มีกระแสไฟฟาผ่ านหลอดและมีสีเขียวจางๆ
้
เกิดขึนที่ผนังของหลอด
้

มีกระแสไฟฟาผ่านหลอดและมีสีเขียวจางๆเกิดขึนที่ผนังของหลอด
้
้

รู ป

Geissler tubes : The glow of the tube is quite dim in ambient light

Sir William Crookes

รังสี แคโทดเดินทางเป็ นเส้ นตรง
รังสี แคโทดเบี่ยงเบนในสนามแม่ เหล็ก

A glass tube containing a glowing green electron beam

รังสี แคโทดเดินทางเป็ นเส้ นตรง

สมบัติรังสี แคโทด




วัสดุหลายชนิดทีใช้ ทาแคโทด จะให้ รังสี แคโทดที่
่
มีสมบัติอย่ างเดียวกัน
เมื่อไม่ มีสนามแม่ เหล็ก รังสี แคโทดเดินทางเป็ น
เส้ นตรงออกมาตั้งฉากกับผิวแคโทด
สนามแม่ เหล็กเบนรังสี แคโทดได้

สมบัติรังสี แคโทด

1) ทาให้ สารเรืองแสงเกิดการเรืองแสงได้
2) เบี่ยงเบนเข้ าหาขั้วไฟฟาบวก
้
3) เบี่ยงเบนในสนามแม่ เหล็กและทิศการเบี่ยงเบนเป็ นไปตาม
กฎมือซ้ าย
4) ไม่ สามารถทะลุแผ่ นโลหะบาง ๆ ที่ขวางกั้น
5) หมุนกังหันเล็ก ๆ ได้
ให้ ร้ ู ว่ามีประจุไฟฟาเป็ นลบ
้

ให้ ร้ ู ว่า ภายในรังสี แคโทดประกอบไปด้ วยก้อนอนุภาค
(อนุภาค คือ สิ่ งทีมีตวตนมีมวล มีโมเมนตัม ฯลฯ)
่ ั

ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน
1) สสารทั้งหลายประกอบด้วยอะตอมซึ่ งเป็ นหน่วยที่เล็ก
ที่สุดที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้
2) ธาตุแต่ละชนิดประกอบด้วยอะตอม โดยธาตุชนิด
เดียวกันจะมีอะตอมเหมือนกัน ส่ วนธาตุต่างชนิดกัน
อะตอมจะแตกต่างกัน
3) อะตอมชนิดหนึ่งจะเปลี่ยนแปลงไปเป็ นอะตอมชนิดอื่น
ไม่ได้

ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน
4) หน่วยย่อยของสารประกอบคือ โมเลกุล ซึ่งจะประกอบด้วย
อะตอมของธาตุองค์ประกอบในสัดส่ วนที่แน่นอน
5) ในปฏิกิริยาเคมีใด ๆ อะตอมไม่มีการสูญหาย หรื อทาให้เกิดขึ้น
ใหม่ได้ แต่อะตอมจะเกิดการจัดเรี ยงตัวกันเป็ นโมเลกุลใหม่เกิดขึ้น
เป็ นสารประกอบ

ทฤษฎีอะตอมของดาลตันทีปัจจุบันพบว่ า
่
เป็ นจริงเพียง 1 ข้ อ คือ ข้ อ 1 ซึ่งกล่ าวว่ า
 สสารทั้งหลายประกอบด้วย

อะตอมซึ่งเป็ นหน่วยที่เล็กที่สุด
ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้

Joseph John Thomson

รังสี แคโทดประกอบด้ วย
อนุภาคที่มีมวลและอิเล็กตรอน คือ ส่ วนประกอบที่สาคัญของอะตอม

ทอมสั นได้ ทาการทดลองโดยจัดขนาดและทิศทางของสนามไฟฟา
้
และสนามแม่ เหล็กให้ เท่ ากัน จนกระทังรังสี แคโทดวิงเป็ นเส้ นตรง
่
่

ผลการใส่ สนามไฟฟาระหว่ างแผ่ นที่ต้งฉากกับ
้
ั
เส้ นทางวิงของอิเล็กตรอน
่

ผลการใส่ สนามไฟฟาระหว่ างแผ่นที่ต้งฉากกับเส้ นทางวิ่งของอิเล็กตรอน
้
ั

เมื่อใส่ สนามแม่ เหล็กอย่ างเดียว

 
แรงจากสนามแม่ เหล็กที่ต้งฉากคือ F  qv  B
ั

อิเล็กตรอนเคลือนทีเ่ ป็ นส่ วนโค้ ง
่
ของวงกลมรัศมี R
อัตราส่ วนประจุต่อมวล
ของอนุภาครังสี แคโทด

2

mv
 qvB
R

q
v

m
BR

เมื่อใส่ สนามแม่ เหล็กและสนามไฟฟา
้
อิเล็กตรอนวิงตรง
่

qE  qvB
E
v 
B

ตัวอย่ าง
ในการทดลองของ Thomson เพื่อหาอัตราส่ วนประจุต่อมวลของอนุภาค
รังสี แคโทด โดยใช้สนามแม่เหล็กขนาด คือ 1.4  10-3 เทสลา รัศมี
ความโค้งของลาอนุภาครังสี แคโทดจะเท่ากับ 9.13 เซนติเมตร ในการวัด
ความเร็ วของอนุภาครังสี แคโทด พบว่า ถ้าต่อแผ่นโลหะทั้งสองซึ่งมี
ระยะห่างกัน 1.0 เซนติเมตรเข้ากับความต่างศักย์ ไฟฟ้ า 322 โวลต์ จะทา
ให้อนุภาครังสี แคโทด เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง จงหาความเร็ วและ
อัตราส่ วนประจุต่อมวลอนุภาครังสี แคโทด

คุณรู้ จริงไหม???
1.
2.
3.
4.
5.
6.

เมื่อรังสี คาโทดวิงผ่านขั้วไฟฟ้ า จะเบนเข้าหาขั้ว.................................
่
เมื่อรังสี คาโทด วิงผ่านสนามแม่เหล็กจะ.............................................
่
่
เมื่อรังสี คาโทด พุงชนโลหะบาง ๆ รังสี ทะลุไปได้หรื อไม่..................
่
ั
เมื่อรังสี คาโทดพุงชนกังหัน จะทาให้กงหัน.......................................
สมบัติใดของรังสี คาโทดทาให้ทราบว่า รังสี คาโทดมีประจุเป็ นลบ
สมบัติใดของรังสี คาโทดทาให้ทราบว่า รังสี คาโทดมีประกอบไปด้วย
ก้อนอนุภาค

ทอมสั นทราบได้ อย่ างไรว่ าอนุภาคในลาของรังสี
แคโทดมีประจุเป็ นลบ
ก. สามารถเบี่ยงเบนได้ในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ า
ข. เพราะรังสี แคโทดเป็ นรังสี ที่เกิดจากขั้วลบ
ค. เมื่อเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้ าจะเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวก
ง. มีทิศการเคลื่อนที่ตรงกันข้ามกับกระแสไฟฟ้ า

ทาไมหลอดรังสี แคโทดจึงต้ องจัดให้ เป็ นหลอด
สุ ญญากาศหรือเกือบเป็ นสุ ญญากาศ
ก. เพื่อให้สามารถมองเห็นลาแสงที่เกิดขึ้นได้ชดเจน
ั
ข. เพื่อลดความดันของอากาศในหลอด
ค. เพื่อให้สนามไฟฟ้ าระหว่างขั้วหลอดคงที่
ั
ง. เพื่อช่วยลดความร้อนให้กบขั้วของหลอด
จ. ป้ องกันไม่ให้รังสี แคโทดชนกับโมเลกุลของอากาศซึ่ งจะทาให้
เกิดรังสี ได้นอย
้

Robert A. Millikan

qE  mg
mg
q 
E

การหาประจุไฟฟาของอิเล็กตรอนโดยการทดลองของมิลลิแกน
้

พิจารณาเฉพาะหยดทีอยู่นิ่ง ๆ
่

FE = mg
qE = mg
จากการทดลองถ้าจัดความต่างศักย์ไฟฟ้ าให้เหมาะสมจะมีหยด
่ ั
น้ ามันบางหยดลอยนิ่งอยูกบที่แสดงว่าแรงเนื่องจากสนามไฟฟ้ า
เท่ากับแรงโน้มถ่วงของโลก

FE = mg
qE = mg
neE = mg

เพราะ q = ne

ne = mg / E
q คือ ประจุรวมทั้งหมดในหยดน้ ามัน(C) n คือ จานวนอิเล็กตรอน
e คือ ประจุอิเล็กตรอน 1 ตัว m คือ มวลของหยดน้ ามันทั้งหมด (kg)
E คือ ความเข้มสนามไฟฟ้ า (N/C)

ตัวอย่ าง


ในการทดลองของ Millikan ต้ องใช้ ความต่ าง
ศักย์ ไฟฟาระหว่ างแผ่ นโลหะค่ าเท่ าใด จึงจะทาให้ แรง
้
เนื่องจากสนามไฟฟ้ าทีกระทาต่ อหยดน้ ามันสมดุลกับแรง
่
ดึงดูดของโลก ถ้ าหยดน้ ามันมีมวล 6.4 10 – 15 กิโลกรัม
และได้ รับอิเล็กตรอนเพิม 7 ตัว ระยะห่ างระหว่ าง แผ่ น
่
โลหะเท่ ากับ 1 เซนติเมตร ประจุไฟฟ้ า ของอิเล็กตรอน
เท่ ากับ 1.6 10 – 19 คูลอมบ์

1. ในปัจจุบันใช้ ธาตุอะไรเป็ นมาตรฐานสาหรับการกาหนด
หน่ วยทางมวลของอะตอม
 ก.

ออกซิเจน
 ข. คาร์ บอน
 ค. ไฮโดรเจน
 ง. ยูเรเนียม

2. องค์ ประกอบอันดับแรกของอะตอมทีมนุษย์ รู้ จัก
่
คือข้ อใด
 ก.

โปรตอน
 ข. นิวตรอน
 ค. นิวเคลียส
 ง.
อิเล็กตรอน

3. ในการทดลองหาค่ าประจุต่อมวลของทอมสั นโดยใช้
สนามแม่ เหล็กทีมความเข้ ม 0.002 T ถ้ าความต่ างศักย์
่ ี
ระหว่ างแผ่ นขนานสองแผ่ น ห่ างกัน 2 cm มีค่า 80 V
ความเร็วของอิเล็กตรอนขณะเคลือนทีผ่านแผ่ นโลหะนีมค่า
่ ่
้ ี
เท่ าไร






ก.
ข.
ค.
ง.

2 X 10 6 m / s
4 X 10 6 m / s
6 X 10 6 m / s
8 X 10 6 m / s

4. ในการทดลองหาค่ าประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนโดยใช้
หลอดตาแมว ได้ จัดค่ าความต่ างศักย์ ระหว่ างแคโทดกับ
แอโนดรู ปก้ นกระทะเท่ ากับ 180 V ถ้ ากระแสไฟฟ้ าที่ผ่าน
ขดลวดโซลินอยด์ ทาให้ เกิดสนามแม่ เหล็ก 5 X 10–3 T
และทราบว่ าอิเล็กตรอนมีประจุ - 1.6 X 10 – 19 C และมี
มวล 9 X 10– 31 kg อัตราเร็วของอิเล็กตรอนขณะวิงถึง
่
แอโนดเป็ นเท่ าไร
6 m/s
6 m/s
ก. 2 X 10
ข. 4 X 10
ค. 6 X 10 6 m / s
ง. 8 X 10 6 m / s

5. จากโจทย์ ข้อที่ 4. ขณะถึงแอโนดอิเล็กตรอนจะ
วิงด้ วยรัศมีความโค้ งเท่ าไร
่





ก.
ข.
ค.
ง.

3
5
7
9

X 10- 3 m
X 10- 3 m
X 10- 3 m
X 10- 3 m

6. ในการทดลองวัดอัตราส่ วนประจุต่อมวลของ
อิเล็กตรอนโดยวิธีของทอมสั น โดยครั้งแรกให้ รังสี แคโทด
เกิดการเบี่ยงเบนในสนามแม่ เหล็ก แต่ เมือใส่ สนามไฟฟาเข้ า
่
้
ไปเพือหักล้ างการเบี่ยงเบนของรังสี แคโทด กลับปรากฏว่ า
่
รังสี แคโทดกลับเบี่ยงเบนมากยิงขึนผู้ทาการทดลองควรจะ
่ ้
ทาอย่ างไร
ก.
 ข.
 ค.
 ง.


กลับทิศทางของสนามไฟฟา
้
ลดความเข้ มของสนามไฟฟา
้
เพิมความเข้ มของสนามไฟฟา
่
้
ลดความเข้ มของสนามแม่ เหล็ก

7. ในการทดลองหลอดตาแมว พบว่า ความเร็วของอนุภาครังสี
e
m

แคโทดมีค่าเท่ ากับ 9 x 10 7 m / s เมื่อนา ขดลวดโซลิ
นอยด์ ที่ทาให้ เกิดสนามแม่ เหล็ก 0.1 เทสลา ครอบลงบนหลอดตา
แมว จงหาว่ ารังสี แคโทด จะวิงเป็ นเส้ นโค้ งด้ วยรัศมีเท่ าไร
่
(กาหนด ของอนุภาครังสี แคโทดเท่ ากับ 1.8 x 10 11 C/kg )
 ก.

0.05 ซม.
 ข. 0.5 ซม.
 ค. 2.5 ซม.
 ง. 5.0 ซม.

8. ในการทดลองตามแบบของมิลลิแกน พบว่ าหยดนามัน
้
หยดหนึ่งลอยนิ่งอยู่ได้ ระหว่ างแผ่ นโลหะ ขนานสองแผ่ น
ซึ่งห่ างกัน 0.8 cm โดยมีความต่ างศักย์ ระหว่ างแผ่ นเท่ ากับ
12,000 V ถ้ าหยดนามันมีประจุไฟฟ้ า 8 X 10 – 19 C จะมี
้
นาหนักเท่ าไร
้
ก. 1.2 X 10 – 12 N
ค. 3.2 X 10 – 12 N

ข. 2.2 X 10 – 12 N
ง. 4.2 X 10 – 12 N

9. ในการทดลองหยดนามันของมิลลิแกน หยดนามันมีมวล
้
้
6.4 X 10 – 14 kg ลอยนิ่งอยู่ระหว่ างแผ่ นโลหะสองแผ่ น ซึ่งมี
ความต่ างศักย์ 10,000 V อยู่ห่างกัน 1 cm จานวน
อิเล็กตรอนซึ่งแฝงอยู่ในหยดนามันมีจานวนเท่ าไร
้
ก. 4 ตัว
ค. 8 ตัว

ข. 6 ตัว
ง. 12 ตัว

10. ในการทดลองเรื่องหยดน้ามันของมิลลิแกน ถ้ าใช้
ความต่ างศักย์ ไฟฟ้ า 100 โวลต์ หยดน้ามันมีมวล
8 X 10 -16 kg ระยะห่ างระหว่ างแผ่ นขั้วโลหะเท่ ากับ
0.8 cm ทาให้ หยดนามันอยู่นิ่ง หยดน้ามันได้ รับ
อิเล็กตรอนกีตัว
่
ก. 1 ตัว
ค. 4 ตัว

ข. 2 ตัว
ง. 8 ตัว

11. ในการทดลองเรื่องหยดนามันของมิลลิแกน พบว่ าถ้ า
้
ต้ องการใช้ โวลต์ หยดนามันซึ่งมีมวล 4.8 X 10 -15 kg ลอย
้
นิ่งอยู่ระหว่ างแผ่ นโลหะ 2 แผ่ น ซึ่งวางขนานห่ างกัน 1 cm
ถ้ าใช้ ความต่ างศักย์ ระหว่ างแผ่ นโลหะ 300 โวลต์ ถ้ า
อิเล็กตรอนมีประจุ 1.6 X 10 -19 C และ ความเร่ ง
เนื่องจากแรงดึงดูดของโลกเท่ ากับ 10 m/s2 หยดนามันนี้
้
จะมีอเิ ล็กตรอนเกาะอยู่กตว
ี่ ั
ก. 1 ตัว
ค. 100 ตัว

ข. 10 ตัว
ง. 1,000 ตัว

12. ในการทดลองของมิลลิแกน เมือทาให้ หยดนามันมวล
่
้
1.6 X 10 -14 kg ลอยหยุดนิ่งระหว่ างแผ่ นโลหะขนานซึ่ง
วางห่ างกัน 1 cm โดยแผ่ นบนมีศักย์ ไฟฟ้ าสู งกว่ าแผ่ นล่ าง
เท่ ากับ 392 โวลต์ ถ้ าความเร่ ง เนื่องจากแรงดึงดูดของโลก
เท่ ากับ 9.8 m/s2 และอิเล็กตรอนมีประจุ 1.6 X 10 -19 C
จงคานวณหาว่ าหยดนามันนีมอเิ ล็กตรอนอิสระแฝงอยู่กตัว
้
้ ี
ี่
 ก.

25 ตัว
 ค. 250 ตัว

ข. 50 ตัว
ง. 500 ตัว

13. หยดนามันมีมวล 1.92 x 10 -30 กิโลกรัม และมี
้
จานวนอิเล็กตรอนอิสระอยู่จานวนหนึ่งลอยนิ่ง อยู่ระหว่ าง
แผ่ นตัวนาขนาดทีมสนามไฟฟาความเข้ ม 6 x 10 -14
่ ี
้
นิวตัน/คูลอมบ์ ทิศแนวดิง มีอเิ ล็กตรอนอิสระกีตวอยู่บน
่
่ ั
หยด นามันดังกล่ าว กาหนดประจุอเิ ล็กตรอนเป็ น
้
-1. X 10 -19 คูลอมบ์
 ก.

250 ตัว
 ค. 1,000 ตัว

ข. 500 ตัว
ง. 2,000 ตัว

14. ในการทดลองเรื่องหยดนามันของมิลลิแกนนั้น
้
พบว่ าเมื่อเพิมค่ าความต่ างศักย์ จนถึงค่ าสู งสุ ดของ
่
เครื่องมือ แล้ วไม่ สามารถทาให้ หยดน้ามันหยุดนิ่ง
หรือเคลือนที่ในทิศตรงข้ ามกับเมื่อยังไม่ ให้ ค่าความ
่
ต่ างศักย์ แสดงว่ า

 ก.

หยดน้ ามันมีประจุชนิดที่ทาให้แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้ ามี
ทิศทางเดียวกับแรงโน้มถ่วงของโลก
 ข. สนามไฟฟ้ ามีค่าน้อยเกินไป
 ค. หยดน้ ามันมีมวลมากเกินไป
 ง. ถูกทุกข้อ

15. ในการทดลองหยดนามันของมิลลิแกน ปรากฏว่ า
้
เมือยังไม่ ใส่ สนามไฟฟาเข้ าไป หยดนามันจะตกลงด้ วย
่
้
้
ความเร็วคงทีค่าหนึ่ง เมื่อใส่ สนามไฟฟ้ าเข้ าไปเพือจะให้
่
่
หยดนามันลอยนิ่งอยู่กบทีกลับปรากฏว่ า หยดนามัน
้
ั ่
้
กลับตกลงด้ วยความเร็วสู งกว่ าเดิม เหตุผลต่ อไปนีข้อใด
้
ถูกต้ อง
 ก.

หยดน้ ามันมีประจุลบ
 ข. ความเข้มของสนามไฟฟ้ าต่าเกินไป
 ค. ความเข้มของสนามไฟฟ้ าสู งเกินไป
 ง. ทิศทางของสนามไฟฟ้ าสลับกันกับที่ควรจะเป็ น

Physics atom part 1

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Physics atom part 1 (20)

More from Wijitta DevilTeacher (20)

Physics atom part 1