เซอร์ โจเซฟ จอห์น เจ. เจ. ทอมสัน

เซอร์ โจเซฟ จอห์น เจ เจ ทอมสัน

ประวัติ

               ทอมสันเกิดในวันที 18 ธันวาคม 1856 ที่ Manchester ประเทศอังกฤษ ทอมสันเรียนจบในระดับปริญญาตรีจาก Trinity Collage ใน Cambridge University ในปี 1883   ในปี 1891 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ George Johnstone Stoney ผู้ซึ่งศึกษาสภาพไฟฟ้าของอะตอม ได้เสนอว่า ในธรรมชาติควรจะมีหน่วยที่เล็กที่สุดของประจุไฟฟ้า และเขาเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของประจุนี้ว่า Electron หรือก็คือ อิเล็กตรอน

ในปี 1897 ที่ Royal Institution ประเทศอังกฤษ ทอมสันได้วิจัยเรื่องการนำไฟฟ้าผ่านก๊าซด้วยหลอดรังสีแคโทด ทอมสันพบว่าเมื่อสูบก๊าซออกจากหลอดรังสีแคโทดแล้วจะพบลำของอนุภาคถูกปล่อยออกและเคลื่อนที่จาก ขั้วแคโทน ไปยัง แอโนด ทอมสันได้พบว่าลำของอนุภาคนี้สามารถเลี้ยวเบนได้ในสนามไฟฟ้า ทอมสันได้เสนอว่ารังสีแค่โทดคือลำของการเคลื่อนที่ของอนุภาคประจุลบที่เบากว่าอะตอมของไฮโดรเจนมากกว่า 1000 เท่า ทอมสันตั้งชื่ออนุภาคนี้ว่า Corpuscale นอกจากนี้ ทอมสันได้ใช้หลักการเลี้ยวของอนุภาคในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเพื่อคำนวณหาอัตราส่วน มวลต่อประจุของ Corpuscale   ได้

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 

        การค้นพบโปรตอน

                 ในปี พ.ศ. 2409 (ค.ศ. 1866) ออ ยเกน  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

    “อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมซึ่งมีประจุบวกและมี อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบกระจายอยู่ทั่วไป  อะตอมในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุบวกเท่ากับจำนวนประจุลบ”