physics atom part 1

ตอนท 1 ทบทวนพนฐานเกยวกบประจไฟฟา1. ศกยไฟฟารอบจดประจ

เมอ V คอ ศกยไฟฟารอบประจ (โวลต)k = 9 x 109 N.m2/c2

Q คอ ประจตนเหต (คลอมบ)R คอ ระยะหางจากจดประจถงจดทจะค านวณ (m)

Ep คอ พลงงานศกยไฟฟา (จล)q คอ ประจทดสอบ (C)

V คอ ศกยไฟฟา ณ จดนน ๆ (โวลต)

2. สนามไฟฟาสม าเสมอ

เมอ E คอ สนามไฟฟาสม าเสมอ (V/m , N/C)

V คอ ความตางศกยระหวางขวบวกและลบ (โวลต)d คอ ระยะหางระหวางขวไฟฟา (m)

F คอ แรงกระท าตอประจ q (นวตน)q คอ ประจทอยในสนามไฟฟานน (C)

q คอ ประจไฟฟาในอนภาค (C)

n คอ จ านวนอเลกตรอนe คอ ประจของอเลกตรอน = 1.6x10 –19 C

3. การเคลอนทของประจไฟฟาในสนามแมเหลกเมอ R คอ รศมวงกลมการเคลอนท (m)

m คอ มวลของอนภาคไฟฟา (kg)

v คอ ความเรวของอนภาคไฟฟา (m/s)

q คอ ประจ (c)

B คอ ความเขมสนามแมเหลก (เทสลา)

แนวความคดเกยวกบโครงสรางของสสารในสมยกรกโบราณ

Democritus

ทกสงทกอยางประกอบขนจาก อนภาคทเลกมาก จนไมสามารถมองเหนได อนภาคเลกๆ เหลานจะรวมพวกเขาดวยกนโดยวธการตางๆ ส าหรบอนภาคเองนนไมมการเปลยน แปลงและไมสามารถจะแตกแยกออกเปนชนสวนทเลกลงไปอกได

ภาษากรก atoms ความหมายวา ไมสามารถแบงแยกไดอก

“ อะตอมเปนชนสวนทเลกทสดของสสารทสามารถจะคงอยได ”

Aristotle“ ดน น า ลม ไฟ ”

Empedocles

สสารทกชนดมเนอตอเนอง ไมมชองวาง ไมมเนอสสาร และสามารถแบงออกเปนชนเลก ๆ เทาใดกได ไมจ ากด นนคอ ไมมอะตอม

ประดษฐเครองสบสญญากาศ

มกระแสไฟฟาผานหลอดและมสเขยวจางๆเกดขนทผนงของหลอด

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

มกระแสไฟฟาผานหลอดและมสเขยวจางๆเกดขนทผนงของหลอด

Sir William Crookes

รงสแคโทดเบยงเบนในสนามแมเหลกรงสแคโทดเดนทางเปนเสนตรง

A glass tube containing a glowing green electron beam

รงสแคโทดเดนทางเปนเสนตรง

สมบตรงสแคโทด

วสดหลายชนดทใชท าแคโทด จะใหรงสแคโทดทมสมบตอยางเดยวกน

เมอไมมสนามแมเหลก รงสแคโทดเดนทางเปนเสนตรงออกมาตงฉากกบผวแคโทด

สนามแมเหลกเบนรงสแคโทดได

สมบตรงสแคโทด1) ท าใหสารเรองแสงเกดการเรองแสงได

2) เบยงเบนเขาหาขวไฟฟาบวก

3) เบยงเบนในสนามแมเหลกและทศการเบยงเบนเปนไปตามกฎมอซาย

4) ไมสามารถทะลแผนโลหะบาง ๆ ทขวางกน

5) หมนกงหนเลก ๆ ได

ใหรวามประจไฟฟาเปนลบ ใหรวา ภายในรงสแคโทดประกอบไปดวยกอนอนภาค (อนภาค คอ สงทมตวตนมมวล มโมเมนตม ฯลฯ)

ทฤษฎอะตอมของดาลตน

1) สสารทงหลายประกอบดวยอะตอมซงเปนหนวยทเลกทสดทไมสามารถแบงแยกตอไปได2) ธาตแตละชนดประกอบดวยอะตอม โดยธาตชนดเดยวกนจะมอะตอมเหมอนกน สวนธาตตางชนดกนอะตอมจะแตกตางกน3) อะตอมชนดหนงจะเปลยนแปลงไปเปนอะตอมชนดอนไมได

ทฤษฎอะตอมของดาลตน

4) หนวยยอยของสารประกอบคอ โมเลกล ซงจะประกอบดวยอะตอมของธาตองคประกอบในสดสวนทแนนอน5) ในปฏกรยาเคมใด ๆ อะตอมไมมการสญหาย หรอท าใหเกดขนใหมได แตอะตอมจะเกดการจดเรยงตวกนเปนโมเลกลใหมเกดขนเปนสารประกอบ

ทฤษฎอะตอมของดาลตนทปจจบนพบวา เปนจรงเพยง 1 ขอ คอ ขอ 1 ซงกลาววาสสารทงหลายประกอบดวยอะตอมซงเปนหนวยทเลกทสดทไมสามารถแบงแยกตอไปได

Joseph John Thomson

รงสแคโทดประกอบดวยอนภาคทมมวลและอเลกตรอน คอ สวนประกอบทส าคญของอะตอม

ทอมสนไดท าการทดลองโดยจดขนาดและทศทางของสนามไฟฟาและสนามแมเหลกใหเทากน จนกระทงรงสแคโทดวงเปนเสนตรง

ผลการใสสนามไฟฟาระหวางแผนทตงฉากกบเสนทางวงของอเลกตรอน

ผลการใสสนามไฟฟาระหวางแผนทตงฉากกบเสนทางวงของอเลกตรอน

เมอใสสนามแมเหลกอยางเดยว

BvqF

แรงจากสนามแมเหลกทตงฉากคอ

อเลกตรอนเคลอนทเปนสวนโคงของวงกลมรศม R

qvBR

mv

2

BR

v

m

q

อตราสวนประจตอมวลของอนภาครงสแคโทด

เมอใสสนามแมเหลกและสนามไฟฟาอเลกตรอนวงตรง

B

Ev

qvBqE

ตวอยาง

ในการทดลองของ Thomson เพอหาอตราสวนประจตอมวลของอนภาครงสแคโทด โดยใชสนามแมเหลกขนาด คอ 1.4 10-3 เทสลา รศมความโคงของล าอนภาครงสแคโทดจะเทากบ 9.13 เซนตเมตร ในการวดความเรวของอนภาครงสแคโทด พบวา ถาตอแผนโลหะทงสองซงมระยะหางกน 1.0 เซนตเมตรเขากบความตางศกย ไฟฟา 322 โวลต จะท าใหอนภาครงสแคโทด เคลอนทในแนวเสนตรง จงหาความเรวและอตราสวนประจตอมวลอนภาครงสแคโทด

คณรจรงไหม???

1. เมอรงสคาโทดวงผานขวไฟฟา จะเบนเขาหาขว.................................2. เมอรงสคาโทด วงผานสนามแมเหลกจะ.............................................3. เมอรงสคาโทด พงชนโลหะบาง ๆ รงสทะลไปไดหรอไม..................4. เมอรงสคาโทดพงชนกงหน จะท าใหกงหน.......................................5. สมบตใดของรงสคาโทดท าใหทราบวา รงสคาโทดมประจเปนลบ6. สมบตใดของรงสคาโทดท าใหทราบวา รงสคาโทดมประกอบไปดวย

กอนอนภาค

ทอมสนทราบไดอยางไรวาอนภาคในล าของรงสแคโทดมประจเปนลบ

ก. สามารถเบยงเบนไดในสนามแมเหลกและสนามไฟฟาข. เพราะรงสแคโทดเปนรงสทเกดจากขวลบค. เมอเคลอนทในสนามไฟฟาจะเบยงเบนเขาหาขวบวกง. มทศการเคลอนทตรงกนขามกบกระแสไฟฟา

ท าไมหลอดรงสแคโทดจงตองจดใหเปนหลอดสญญากาศหรอเกอบเปนสญญากาศ

ก. เพอใหสามารถมองเหนล าแสงทเกดขนไดชดเจนข. เพอลดความดนของอากาศในหลอดค. เพอใหสนามไฟฟาระหวางขวหลอดคงทง. เพอชวยลดความรอนใหกบขวของหลอดจ. ปองกนไมใหรงสแคโทดชนกบโมเลกลของอากาศซงจะท าใหเกดรงสไดนอย

Robert A. Millikan

E

mgq

mgqE

การหาประจไฟฟาของอเลกตรอนโดยการทดลองของมลลแกน

FE = mgqE = mg

จากการทดลองถาจดความตางศกยไฟฟาใหเหมาะสมจะมหยดน ามนบางหยดลอยนงอยกบทแสดงวาแรงเนองจากสนามไฟฟาเทากบแรงโนมถวงของโลก

พจารณาเฉพาะหยดทอยนง ๆ

neE = mg เพราะ q = ne

FE = mgqE = mg

ne = mg / E

q คอ ประจรวมทงหมดในหยดน ามน(C) n คอ จ านวนอเลกตรอนe คอ ประจอเลกตรอน 1 ตว m คอ มวลของหยดน ามนทงหมด (kg)E คอ ความเขมสนามไฟฟา (N/C)

ตวอยาง ในการทดลองของ Millikan ตองใชความตาง

ศกยไฟฟาระหวางแผนโลหะคาเทาใด จงจะท าใหแรงเนองจากสนามไฟฟาทกระท าตอหยดนามนสมดลกบแรงดงดดของโลก ถาหยดนามนมมวล 6.4 10 – 15 กโลกรม และไดรบอเลกตรอนเพม 7 ตว ระยะหางระหวาง แผนโลหะเทากบ 1 เซนตเมตร ประจไฟฟา ของอเลกตรอนเทากบ 1.6 10 – 19 คลอมบ

1. ในปจจบนใชธาตอะไรเปนมาตรฐานส าหรบการก าหนดหนวยทางมวลของอะตอม

ก. ออกซเจน

ข. คารบอน

ค. ไฮโดรเจน

ง. ยเรเนยม

2. องคประกอบอนดบแรกของอะตอมทมนษยรจกคอขอใด

ก. โปรตอน

ข. นวตรอน

ค. นวเคลยส

ง. อเลกตรอน

3. ในการทดลองหาคาประจตอมวลของทอมสนโดยใชสนามแมเหลกทมความเขม 0.002 T ถาความตางศกย ระหวางแผนขนานสองแผน หางกน 2 cm มคา 80 V

ความเรวของอเลกตรอนขณะเคลอนทผานแผนโลหะนมคาเทาไร ก. 2 X 10 6 m / s

ข. 4 X 10 6 m / s

ค. 6 X 10 6 m / s

ง. 8 X 10 6 m / s

4. ในการทดลองหาคาประจตอมวลของอเลกตรอนโดยใชหลอดตาแมว ไดจดคาความตางศกยระหวางแคโทดกบแอโนดรปกนกระทะเทากบ 180 V ถากระแสไฟฟาทผานขดลวดโซลนอยดท าใหเกดสนามแมเหลก 5 X 10–3 T

และทราบวาอเลกตรอนมประจ - 1.6 X 10 – 19 C และมมวล 9 X 10– 31 kg อตราเรวของอเลกตรอนขณะวงถงแอโนดเปนเทาไร ก. 2 X 10 6 m / s ข. 4 X 10 6 m / sค. 6 X 10 6 m / s ง. 8 X 10 6 m / s

5. จากโจทยขอท 4. ขณะถงแอโนดอเลกตรอนจะวงดวยรศมความโคงเทาไร

ก. 3 X 10- 3 m

ข. 5 X 10- 3 m

ค. 7 X 10- 3 m

ง. 9 X 10- 3 m

6. ในการทดลองวดอตราสวนประจตอมวลของอเลกตรอนโดยวธของทอมสน โดยครงแรกใหรงสแคโทด เกดการเบยงเบนในสนามแมเหลก แตเมอใสสนามไฟฟาเขาไปเพอหกลางการเบยงเบนของรงสแคโทด กลบปรากฏวารงสแคโทดกลบเบยงเบนมากยงขนผท าการทดลองควรจะท าอยางไร

ก. กลบทศทางของสนามไฟฟา

ข. ลดความเขมของสนามไฟฟา ค. เพมความเขมของสนามไฟฟา

ง. ลดความเขมของสนามแมเหลก

ก. 0.05 ซม. ข. 0.5 ซม.

ค. 2.5 ซม.

ง. 5.0 ซม.

7. ในการทดลองหลอดตาแมว พบวา ความเรวของอนภาครงสแคโทดมคาเทากบ 9 x 10 7 m / s เมอน า ขดลวดโซลนอยดทท าใหเกดสนามแมเหลก 0.1 เทสลา ครอบลงบนหลอดตาแมว จงหาวารงสแคโทด จะวงเปนเสนโคงดวยรศมเทาไร (ก าหนด ของอนภาครงสแคโทดเทากบ 1.8 x 10 11 C/kg )

m

e

8. ในการทดลองตามแบบของมลลแกน พบวาหยดน ามนหยดหนงลอยนงอยไดระหวางแผนโลหะ ขนานสองแผน ซงหางกน 0.8 cm โดยมความตางศกยระหวางแผนเทากบ 12,000 V ถาหยดน ามนมประจไฟฟา 8 X 10 – 19 C จะมน าหนกเทาไร

ก. 1.2 X 10 – 12 N ข. 2.2 X 10 – 12 Nค. 3.2 X 10 – 12 N ง. 4.2 X 10 – 12 N

9. ในการทดลองหยดน ามนของมลลแกน หยดน ามนมมวล 6.4 X 10 – 14 kg ลอยนงอยระหวางแผนโลหะสองแผน ซงมความตางศกย 10,000 V อยหางกน 1 cm จ านวนอเลกตรอนซงแฝงอยในหยดน ามนมจ านวนเทาไร

ก. 4 ตว ข. 6 ตวค. 8 ตว ง. 12 ตว

10. ในการทดลองเรองหยดน ามนของมลลแกน ถาใชความตางศกยไฟฟา 100 โวลต หยดน ามนมมวล 8 X 10 -16 kg ระยะหางระหวางแผนขวโลหะเทากบ 0.8 cm ท าใหหยดน ามนอยนง หยดน ามนไดรบอเลกตรอนกตว

ก. 1 ตว ข. 2 ตวค. 4 ตว ง. 8 ตว

11. ในการทดลองเรองหยดน ามนของมลลแกน พบวาถาตองการใชโวลต หยดน ามนซงมมวล 4.8 X 10 -15 kg ลอยนงอยระหวางแผนโลหะ 2 แผน ซงวางขนานหางกน 1 cm ถาใชความตางศกยระหวางแผนโลหะ 300 โวลต ถาอเลกตรอนมประจ 1.6 X 10 -19 C และ ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลกเทากบ 10 m/s2 หยดน ามนนจะมอเลกตรอนเกาะอยกตว

ก. 1 ตว ข. 10 ตวค. 100 ตว ง. 1,000 ตว

12. ในการทดลองของมลลแกน เมอท าใหหยดน ามนมวล 1.6 X 10 -14 kg ลอยหยดนงระหวางแผนโลหะขนานซงวางหางกน 1 cm โดยแผนบนมศกยไฟฟาสงกวาแผนลางเทากบ 392 โวลต ถาความเรง เนองจากแรงดงดดของโลกเทากบ 9.8 m/s2 และอเลกตรอนมประจ 1.6 X 10 -19 Cจงค านวณหาวาหยดน ามนนมอเลกตรอนอสระแฝงอยกตว ก. 25 ตว ข. 50 ตว

ค. 250 ตว ง. 500 ตว

13. หยดน ามนมมวล 1.92 x 10 -30 กโลกรม และมจ านวนอเลกตรอนอสระอยจ านวนหนงลอยนง อยระหวางแผนตวน าขนาดทมสนามไฟฟาความเขม 6 x 10 -14

นวตน/คลอมบ ทศแนวดง มอเลกตรอนอสระกตวอยบนหยด น ามนดงกลาว ก าหนดประจอเลกตรอนเปน-1. X 10 -19 คลอมบ

ก. 250 ตว ข. 500 ตว

ค. 1,000 ตว ง. 2,000 ตว

14. ในการทดลองเรองหยดน ามนของมลลแกนนน พบวาเมอเพมคาความตางศกยจนถงคาสงสดของเครองมอ แลวไมสามารถท าใหหยดน ามนหยดนงหรอเคลอนทในทศตรงขามกบเมอยงไมใหคาความตางศกยแสดงวา ก. หยดน ามนมประจชนดทท าใหแรงเนองจากสนามไฟฟาม

ทศทางเดยวกบแรงโนมถวงของโลก ข. สนามไฟฟามคานอยเกนไป ค. หยดน ามนมมวลมากเกนไป ง. ถกทกขอ

15. ในการทดลองหยดน ามนของมลลแกน ปรากฏวา เมอยงไมใสสนามไฟฟาเขาไป หยดน ามนจะตกลงดวยความเรวคงทคาหนง เมอใสสนามไฟฟาเขาไปเพอจะใหหยดน ามนลอยนงอยกบทกลบปรากฏวา หยดน ามนกลบตกลงดวยความเรวสงกวาเดม เหตผลตอไปนขอใดถกตอง ก. หยดน ามนมประจลบ ข. ความเขมของสนามไฟฟาต าเกนไป ค. ความเขมของสนามไฟฟาสงเกนไป

ง. ทศทางของสนามไฟฟาสลบกนกบทควรจะเปน