แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

การนำไฟฟ้าของแก๊ส
ปกติแก๊สเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี  ปรากฏการณ์ที่ยืนยันได้ว่าแก๊สนำไฟฟ้าได้ก็คือการเกิดฟ้าแลบ  ฟ้าผ่า  แก๊สนำไฟฟ้าได้ดีขึ้นเมื่อแก๊สมีความดันต่ำ ๆ  และมีความต่างศักย์ของขั้วไฟฟ้าสูง ๆ แก๊สนำไฟฟ้าได้เพราะแก๊สสามารถแตกตัวเป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอน  เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้าศักย์สูง ๆ เช่น  แก๊สฮีเลียม (He)  และแก๊สไฮโดรเจน (H₂)  จะเกิดการแตกตัวดังสมการ

                                                     He(g)                  He⁺(g)   +   e^–

                                                       H(g)                  H⁺(g)   +   e^–

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน การวิเคราะห์รังสีบวกของทอมสัน	Joseph John Thomson รางวัลโนเบล (Nobel Prize) สาขาฟิสิกส์ ในปีค.ศ. 1906 United Kingdom University of Cambridge Cambridge, United Kingdom มีชีวิตอยู่ระหว่างปี 1856 - 1940
ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในหลอดรังสีแคโทด รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรงจากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนด รังสีแคโทดบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวก ของสนามไฟฟ้า	เซอร์ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน (J.J Thomson)  นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้สนใจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในหลอดรังสีแคโทด  จึงทำการทดลองเกียวกับการนำไฟฟ้าของแก๊สขึ้นในปี พ.ศ. 2440 (ค.ศ. 1897)  และได้สรุปสมบัติของรังสีไว้หลายประการ  ดังนี้ 1.  รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรงจากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนด  เนื่องจากรังสีแคโทดทำให้เกิดเงาดำของวัตถุได้  ถ้านำวัตถุไปขวางทางเดินของรังสี  2.  รังสีแคโทดเป็นอนุภาคที่มีมวล เนื่องจากรังสีทำให้ใบพัดที่ขวางทางเดินของรังสีหมุนได้เหมือนถูกลมพัด 3.  รังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบ  เนื่องจากเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้า จากผลการทดลองนี้  ทอมสันอธิบายได้ว่า  อะตอมของโลหะที่ขั้วแคโทดเมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์สูงจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมาจากอะตอม  อิเล็กตรอนมีพลังงานสูง และเคลื่อนที่ภายในหลอด  ถ้าเคลื่อนที่ชนอะตอมของแก๊สจะทำให้อิเล็กตรอนในอะตอมของแก๊สหลุดออกจากอะตอม  อิเล็กตรอนจากขั้วแคโทดและจากแก๊สซึ่งเป็นประจุลบจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วแอโนด  ขณะเคลื่อนที่ถ้ากระทบฉากที่ฉาบสารเรืองแสง  เช่น  ZnS  ทำให้ฉากเกิดการเรืองแสง  ซึ่งทอมสันสรุปว่ารังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบเรียกว่า “อิเล็กตรอน”  และยังได้หาค่าอัตราส่วนประจุต่อมวล (e/m) ของอิเล็กตรอนโดยใช้สยามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าช่วยในการหา  ซึ่งได้ค่าประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนเท่ากับ  1.76 x 108 C/g  ค่าอัตราส่วน e/m นี้จะมีค่าคงที่ ไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะที่เป็นขั้วแคโทด  และไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊สที่บรรจุอยู่ในหลอดรังสีแคโทด  แสดงว่าในรังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคไฟฟ้าที่มีประจุลบเหมือนกันหมดคือ อิเล็กตรอน นั่นเอง  ทอมสันจึงสรุปว่า “อิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบส่วนหนึ่งของอะตอม  และอิเล็กตรอนของทุกอะตอมจะมีสมบัติเหมือนกัน”
	การค้นพบโปรตอน
แบบจำลองอะตอมของทอมสัน การวิเคราะห์รังสีบวกของทอมสัน	ในปี พ.ศ. 2409 (ค.ศ. 1866) ออยเกน  โกลด์ชไตน์  นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน  ได้ทำการทดลองโดยเจาะรูที่ขั้วแคโทดในหลอดรังสีแคโทด  พบว่าเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดรังสีแคโทดจะมีอนุภาคชนิดหนึ่งเคลื่อน ที่เป็นเส้นตรงไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของรังสีแคโทดผ่านรูของ ขั้วแคโทด  และทำให้ฉากด้านหลังขั้วแคโทดเรืองแสงได้  โกลด์ชไตน์ได้ตั้งชื่อว่า “รังสีแคแนล” (canal ray)  หรือ “รังสีบวก” (positive ray)  สมบัติของรังสีบวกมีดังนี้ 1.  เดินทางเป็นเส้นตรงไปยังขั้วแคโทด 2.  เมื่อผ่านรังสีนี้ไปยังสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า  รังสีนี้จะเบี่ยงเบนไปในทิศทางตรงข้ามกับรังสีแคโทด  แสดงว่ารังสีนี้ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก 3.  มีอัตราส่วนประจุต่อมวลไม่คงที่  ขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊สในหลอด  และถ้าเป็นแก๊สไฮโดรเจนรังสีนี้จะมีอัตราส่วนประจุต่อมวลสูงสุด  เรียกอนุภาคบวกในรังสีแคแนลของไฮโดรเจนว่า “โปรตอน” 4.  มีมวลมากกว่ารังสีแคโทด  เนื่องจากความเร็วในการเคลื่อนที่ต่ำกว่ารังสีแคโทด ทอมสันได้วิเคราะห์การทดลองของโกลด์ ชไตน์ และการทดลองของทอมสัน  จึงเสนอแบบจำลองอะตอมว่า “อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมซึ่งมีประจุบวกและมีอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบกระจายอยู่ทั่วไป  อะตอมในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุบวกเท่ากับจำนวนประจุลบ”