เรื่องฟิสิกส์อะตอม
แบบจำลองอะตอมของทอมสัน อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมที่มีประจุบวก และมีอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าลบกระจายกันอยู่ เหมือนเม็ดแตงโม แต่ไม่สามารถอธิบายการทดลองได้ จึงทำให้ล้มเหลวในที่สุด

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมประกอบไปด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่จุดศูนย์กลางเรียกว่า "นิวเคลียส" ซึ่งถือว่าเป็นที่รวมมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆ นิวเคลียสที่ระยะห่างจากนิวเคลียสมาก และเขาคำนวณพบว่า นิวเคลียสมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-15 ถึง 10-14 เมตร ในขณะที่อะตอมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร แสดงว่า ขนาดอะตอมจึงใหญ่กว่าขนาดของนิวเคลียสประมาณหนึ่งแสนเท่า แต่ก็มีข้อบกพร่องเพราะไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมประจุบวกจึงรวมกันอยู่ในนิวเคลียส และทำไมอิเล็กตรอนจึงสามารถโคจรรอบนิวเคลียสได้ทั้งที่สูญเสียพลังงานจลน์ ตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกเวลล์
แบบจำลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) โบร์ได้ปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด โดยการตั้งสมมติฐานขึ้น 2 ข้อ สมมติฐานข้อที่ 1 อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียสจะมีวงโคจรพิเศษที่อิเล็กตรอนไม่แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยที่ในวงโคจรพิเศษนี้อิเล็กตรอนจะมีโมเมนตัมเชิงมุม L คงตัว โมเมนตัมเชิงมุมนี้มีค่าเป็นจำนวนเท่าของค่าคงตัวมูลฐาน ( เมื่อ h แทนค่าคงตัวของพลังค์ (Planck Constant) = 6.63x10-34 Js) สมมติฐานข้อที่ 2 อิเล็กตรอนจะรับหรือปล่อยพลังงานในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนวงโคจรพิเศษ
ฟิสิกส์อะตอม
»
วิทยาศาสตร์
ม.4-6
Application
คำว่า “อะตอม” เป็นคำซึ่งมาจากภาษากรีกแปลว่าสิ่งที่เล็กที่สุด ซึ่งนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่ชื่อ ลูซิพปุส (Leucippus) และดิโมคริตุส (Democritus) ใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก โดยเขาได้พยายามศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดเล็ก (ฟิสิกส์ระดับจุลภาค, microscopic) และมีแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารว่า สสารทั้งหลายประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด จะไม่สามารถมองเห็นได้ และจะไม่สามารถแบ่งแยกให้เล็กลงกว่านั้นได้อีก แต่ในสมัยนั้นก็ยังไม่มีการทดลอง เพื่อพิสูจน์และสนับสนุนแนวความคิดดังกล่าว
ต่อมาวิทยาศาสตร์ได้เจริญก้าวหน้าขึ้น และนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามทำการ ทดลองค้นหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องนี้ในรูปแบบต่างๆตลอดมา จนกระทั่งเกิดทฤษฎีอะตอมขึ้นมาในปี ค.ศ.1808 จากแนวความคิดของจอห์น ดาลตัน (John Dalton) ผู้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอม และเป็นที่ยอมรับและสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น โดยทฤษฎีอะตอมของดาลตันได้กล่าวไว้ว่า
สสารประกอบด้วยอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด แบ่งแยกต่อไปอีกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทำลายให้สูญหายไป
ธาตุเดียวกันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีมวลและคุณสมบัติเหมือนกัน แต่จะแตกต่างจากธาตุอื่น
สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปด้วยสัดส่วนที่คงที่
อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและน้ำหนักเฉพาะตัว
น้ำหนักของธาตุที่รวมกัน ก็คือน้ำหนักของอะตอมทั้งหลายของธาตุที่รวมกัน
»
วิทยาศาสตร์
ม.4-6
Application
คำว่า “อะตอม” เป็นคำซึ่งมาจากภาษากรีกแปลว่าสิ่งที่เล็กที่สุด ซึ่งนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่ชื่อ ลูซิพปุส (Leucippus) และดิโมคริตุส (Democritus) ใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก โดยเขาได้พยายามศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดเล็ก (ฟิสิกส์ระดับจุลภาค, microscopic) และมีแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารว่า สสารทั้งหลายประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด จะไม่สามารถมองเห็นได้ และจะไม่สามารถแบ่งแยกให้เล็กลงกว่านั้นได้อีก แต่ในสมัยนั้นก็ยังไม่มีการทดลอง เพื่อพิสูจน์และสนับสนุนแนวความคิดดังกล่าว
ต่อมาวิทยาศาสตร์ได้เจริญก้าวหน้าขึ้น และนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามทำการ ทดลองค้นหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องนี้ในรูปแบบต่างๆตลอดมา จนกระทั่งเกิดทฤษฎีอะตอมขึ้นมาในปี ค.ศ.1808 จากแนวความคิดของจอห์น ดาลตัน (John Dalton) ผู้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอม และเป็นที่ยอมรับและสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น โดยทฤษฎีอะตอมของดาลตันได้กล่าวไว้ว่า
สสารประกอบด้วยอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด แบ่งแยกต่อไปอีกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทำลายให้สูญหายไป
ธาตุเดียวกันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีมวลและคุณสมบัติเหมือนกัน แต่จะแตกต่างจากธาตุอื่น
สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปด้วยสัดส่วนที่คงที่
อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและน้ำหนักเฉพาะตัว
น้ำหนักของธาตุที่รวมกัน ก็คือน้ำหนักของอะตอมทั้งหลายของธาตุที่รวมกัน
1.ทฤษฎีอะตอมความคิดที่ว่าสสารประกอบด้วยอะตอมได้เริ่มตั้งแต่ก่อนคริสต์กาลประมาณ 400 ปีมาแล้ว และได้มีการปรับปรุงแก้ไขจนเป็นทฤษฎิอะตอมขึ้นซึ่งเรียงลำดับได้ดังนี้1.1 ดีโมครีตุส (Democritus)เป็นคนแรกที่เสนอทฤษฎีอะตอมของสสารขึ้น ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้1. สารทุกชนิดประกอบด้วยหน่วยที่เล็กที่สุดซึ่งไม่สามารถแยกต่อใปได้อีก เรียกว่าอะตอม และอะตอมนี้จะไม่มีการสูญหายหรือเกิดขึ้นใหม่ได้2. อะตอมของสารทุกชนิดจะเหมือนกันหมดแต่โครงสร้างการจับตัวของอะตอมของสารแต่ละชนิดจะไม่เหมือนกัน ดังนั้นสารต่างชนิดกันจึงมีอะตอมเหมือนกัน แต่การจับตัวของอะตอมต่างกันเท่านั้น3. ที่ว่างระหว่างอะตอม (Void) อะตอมสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระในที่ว่างนี้1.2 อริสโตเติล (Aristotle)เป็นผู้ที่ไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีอะตอมของดีโมครีตุส ที่กล่าวว่าระหว่างอะตอมจะมีที่ว่าง เขาได้เสนอความคิดเห็นได้ดังนี้ สารทุกชนิดสามารถถูกแบ่งให้เล็กลงไปได้ โดยไม่มีที่สิ้นสุดและธาตุแท้ของสารทั้งหลายมีเพียงสี่อย่างเท่านั้นคือ " ดิน น้ำ ลม ไฟ " เนื่องจากขณะนั้นอริสโตเติลมีคนเลื่อมใสมากจึงทำให้ทฤษฎีอะตอมของดีโมครีตุสซบเซาไปเกือบสองพันปีทฤษฎีอะตอมเริ่มกลับมาสู่ความเชื่อถือใหม่อีกครั้งหนึ่ง ประมาณต้นคริสต์ศตวรรษที่ 17 โดยมีสาเหตุดังต่อไปนี้1.ทอริเชอรี่ (Torricelli) สามารถประดิษฐ์เครื่องสูบอากาศ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสูญอากาศหรือสภาพว่างเปล่านั้นมีจริง2.ทฤษฎีกลศาสตร์ของกาลิเลโอและนิวตันแสดงให้เห็นว่าคำสอนของอริสโตเติลหลายตอนไม่เป็นจริงทำให้ความเชื่อถือในคำสอนของอริสโตเติลเสื่อมคลายลง3.โรเบิตบอยล์ (Robert Boyle ) ได้ทำการทดลองและสรุปไว้ว่า "ที่อุณหภูมิคงที่ความดันของก๊าซจะแปรผันกลับกับปริมาตรของก๊าซและเบอนูลี่ (Bernoulli) ได้ทำการพิสูจน์กฏของบอยล์ โดยสมมติให้ก๊าซประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ(ซึ่งเรียกว่าโมเลกุล) วิ่งด้วยอัตราเร็วสูงและเกิดการชนกันตามกฏของนิวตัน ปรากฏว่าได้ผลออกมาตรงกับกฏของบอยล์ จึงเป็นการยืนยันได้ว่าอะตอมนั้นมีจริง4.จากความเจริญของวิชาเคมี ได้มีการตั้งกฎทรงมวลและกฎสัดส่วนพหุคูณของปฏิกิริยาเคมีขึ้น จากกฎทั้งสองนี้ทำให้ดาลตันทำให้ดาลตันสร้างทฤษฎีอะตอมขึ้นสำเร็จประมาณต้นศตวรรษที่ 191.3 ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน (Dalton) มีรายละเอียดดังนี้1. สสารประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้2. อะตอมของธาตุต่างชนิดกันมีลักษณะต่างกัน อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีลักษณะเหมือนกันทุกประการ 3. อะตอมของธาตุชนิดหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นอะตอมของธาตุชนิดอื่นไม่ได้4. หน่วยย่อยของสารประกอบคือโมเลกุล จะประกอบด้วยอะตอมของธาตุองค์ประกอบในสัดส่วนที่แน่นอน5. ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ อะตอมจะสูญหาย หรือ เกิดขึ้นใหม่ไม่ได้แต่อะตอมจะเกิดการจัดเรียงตัวกันเป็นโมเลกุลใหม่เกิดเป็นสารประกอบใหม่ขึ้น2. อิเล็กตรอนในปี ค.ศ. 1874 G.J. Stoney ได้อธิบายถึงลักษณะของอนุภาคไฟฟ้าที่อยู่ในสสารโดยกล่าวว่าอนุภาคไฟฟ้าที่อยู่ในสสารนั้นเป็นอนุภาคเล็กๆ และอนุภาคเหล่านั้นอยู่ร่วมกันกับอะตอม Stoney ได้เสนอชื่อของอนุภาคนั้นว่าอิเล็กตรอน(Electron ) แต่นั่นเป็นเพียงการกล่าวถึงอิเล็กตรอนเท่านั้น จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1879 Sir William Crookes ได้ทำการทดลองค้นพบอนุภาคไฟฟ้าที่เรียกว่าอิเล็กตรอนได้และต่อมาในปี ค.ศ. 1897 Sir J.J.Thomson ได้ทำการทดลอง และหาอัตราส่วนของประจุต่อมวลของอิเล็กตรอน จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1909 R.A. Millikan จึงสามารถหาประจุและมวลของอิเล็กตรอนได้สำเร็จ3.การทดลองของครูกส์ (Sir William Crookes)ในปี ค.ศ.1894 Sir William Crookes ได้สร้างเครื่องมือชนิดหนึ่งขึ้นมาเป็นหลอดแก้วมีแผ่นโลหะ 2 แผ่น เรียกว่า อิเล็กโตรด ซึ่งต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าศักย์สูง แผ่นโลหะที่ต่อจากปลายด้านไฟฟ้าลบเรียกว่าคาโธด(Cathode) ส่วนแผ่นที่ต่อจากปลายด้านไฟฟ้าบวกเรียกว่าอาโนด (Anode) จัดให้เกิดความต่างศักย์ที่สูงมากระหว่างอิเล็กโตรดทั้งสอง สูบก๊าซออกเกือบหมดแสงสว่างนั้นจะหายไป ภายในหลอดจะมืดแต่เกิดเรืองแสงสีเขียวอ่อนที่ปลายหลอดแก้วด้านตรงข้ามกับคาโธด แสงนี้เกิดจากรังสีที่พุ่งมาจากคาโธด และเพื่อที่จะทดลองให้เห็นว่ารังสีคาโธดนี้เดินเป็นเส้นตรง ให้จัดแผ่นโลหะรูปกากบาทวางตั้งไว้ภายในหลอดจะปรากฏผลเป็นรูปกากบาทเกิดขึ้นที่ปลายหลอดแก้วด้านมีแสงเรืองดังรูปที่ 1 แสดงว่ารังสีที่มาจากคาโธดเดินเป็นเส้นตรงและผ่านทะลุแผ่นกากบาทนั้นไปไม่ได้ จึงไม่กระทบแก้วในส่วนที่กากบาทยังอยู่ เนื่องจากรังสีนี้พุ่งออกมาจากคาโธด จึงเรียกรังสีนี้ว่า รังสีคาโธด (Cathode ray )รูปที่ 1 รังสีคาโธดเดินเป็นเส้นตรง รูปที่ 2 รังสีคาโธดเดินเป็นเส้นโค้งในสนามแม่เหล็กนอกจากนั้นยังได้มีการศึกษาสมบัติอื่นๆ ของรังสีคาโธดอีก เช่นพบว่ารังสีนี้สามารถทำให้ซิงซัลไฟด์ ( ZnS ) มีแสงเรืองขึ้น ถ้าเอาแผ่นโลหะหรือแผ่นกระดาษซิงซัลไฟด์มาวางในทิศทางเดินของเส้นรังสีจะเห็นเส้นเรืองสีเขียวปรากฏบนแผ่นนั้น ด้วยเหตุนึ้จึงอาจใช้ฉากซิงซัลไฟด์เป็นเครื่องบอกทิศทางเดินของรังสีคาโธด ถ้าหากเอาแท่งแม่เหล็กเข้ามาใกล้ๆรังสีคาโธดจะทำให้สำแสงรังสีคาโธดเบนโค้งเข้าหาแท่งแม่เหล็กดังรูปที่ 2 และเมื่อกลับขั้วแม่เหล็กลำแสงจะเบนในทิศตรงข้าม ถ้าเอาแท่งแม่เหล็กออกแล้วใส่สนามไฟฟ้าแทนจะได้แนวรังสีเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้าจากการทดลองของครูกส์สรุปได้ว่า1.การที่ต่อแผ่นโลหะเข้ากับขั้วบวกและลบของแบตเตอรี่ แล้วทำให้เกิดเงาที่ฉากแสดงว่าจะต้องมีลำแสงออกมาจากขั้วลบและพยายามวิ่งเข้าหาขั้วบวก แต่มีแสงบางส่วนวิ่งตรงไปตั้งฉากทำให้เกิดเงากากบาทบนฉากขึ้นครูกส์เรียก ลำแสงที่ออกจากขั้วลบนี้ว่ารังสีคาโธด2.เมื่อนำแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้ลำแสง จะทำให้เงากากบาทเคลื่อนที่ขึ้นลงได้ แสดงว่าลำแสงมีการเบี่ยงเบนจึงสรุปได้ว่า รังสีคาโธดจะต้องเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าและจากทิศทางที่เบี่ยงเบนไปทำให้ทราบว่าเป็นประจุลบซึ่งเรียกว่า อิเล็กตรอน4.การทดลองของทอมสัน (J.J. Thomson)ในปี ค.ศ. 1897 J.J. Thomson ได้ทำการทดลองเพื่อหาค่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลของอนุภาคในรังสีคาโธด โดยการผ่านรังสีเข้าไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้ทดลองมีลักษณะดังรูปที่ 3รูปที่ 3 แสดงการทดลองหา q/m ของทอมสันจากรูปรังสีคาโธดออกจากแผ่นคาโธด A วิ่งเข้าหาแผ่นอาโนด C ภายใต้ความต่างศักย์ V และวิ่งเป็นแนวตรงผ่านช่อง D และกระทบฉากซิงซัลไฟด์ ทำให้เกิดเรืองแสงขึ้นที่ฉากรูปที่ 4 แสดงการเคลื่อนที่ประจุในความต่างศักย์ Vพลังงานที่ A = พลังงานที่ C แทนค่า (-q) VA + 0 = (-q) VC + q ( VC - VA ) = q V = หรือ V = จากสมการจะเห็นได้ว่าเราจะหาค่า V ได้เมื่อทราบค่าอัตราส่วนของ q / m ดังนั้นสมการนี้จึงหาอัตราเร็วของประจุได้J.J. Thomson ทำการหาอัตราของประจุ โดยให้รังสีคาโธดที่ออกจากช่อง D ผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแล้วทำการปรับค่าสนามแม่เหล็ก และสนามไฟฟ้าเพื่อให้รังสีคาโธดวิ่งเป็นเส้นตรง ดังรูปที่ 5รูปที่ 5 รังสีคาโธดวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าพิจารณาแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ารูปที่ 6 แรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าสนามไฟฟ้าจากความต่างศักย์จะมีทิศพุ่งออกจากแผ่นบวกไปลบ ดังนั้นสนามไฟฟ้า (E ) มีทิศลงและแรงที่เกิดกับประจุลบในสนามไฟฟ้าจะมีทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้าจึงมีทิศขึ้น ดังรูปและประจุลสบวิ่งตัดสนามแม่เหล็ก B จะทำให้เกิดแรงตามสมการ F = qv x B และจากสมการ Cross Vector หาทิศของแรงจะได้แรงมีทิศลงดังรูปจากรูป ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงตจะได้ = 0FE = FB Eq = qvB V = จากสมการแม่เหล็ก B หาได้จากการวัดและสนามไฟฟ้า E หาได้จากความต่างศักย์ตามสมการ E = Thomson ทำการหาอัตราส่วนของประจุต่อมวลได้ โดยการให้รังสีคาโธดจากช่อง D วิ่งในสนามแม่เหล็กเพียงอย่างเดียวแล้วทำการวัดหาค่ารัศมีของรังสีในสนามแม่เหล็ก ดังรูป รูปที่ 7 การเคลื่อนที่ของรังสีคาโธดในสนามแม่เหล็กลักษณะการเคลื่อนที่และแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กเขียนได้ดังรูป 8รูปที่ 8 การเคลื่อนที่ของประจุในสนามแม่เหล็กประจุในสนามแม่เหล็กจะได้ลักษณะการเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งของวงกลมจากรูป 8 FB = แทนค่า qvB = = - - - - - - - - - (1)แต่ v = แทนค่า v ในสมการ (1) จะได้ จากสมการค่า E , B และ R เป็นค่าที่ได้จากการวัด และเมื่อนำค่าที่วัดได้แทนค่าลงในสมการจะได้ค่า q / m มีค่าคงที่ดังนี้q / m = 1.76 x 1011 คูลอมบ์ / กิโลกรัมและไม่ว่าจะใช้โลหะชนิดใดเป็นคาโธดก็ตามจะได้ q / m มีค่าเท่ากับ 1.76 x 1011เสมอ จึงสรุปได้ว่าโลหะทุกชนิดจะให้อนุภาครังสีคาโธดเหมือนกันหมดและจากการทดลองหาค่า q / M ของไฮโดรเจนอิออน = พบว่ามีค่าเท่ากับ 9.57 x 107 คูลอมบ์ / กิโลกรัมq/ M ของโฮโดรเจนอิออน = 9.57 x 107 คูลอมบ์ / กิโลกรัมหมายเหตุ ไฮโดรเจนอิออนคืออะตอมไฮโดรเจนที่เสียประจุลบไม่นั่นเอง ดังนั้นไฮโดรเจนอิออนจึงมีประจุเป็นบวก และมีขนาดประจุเท่ากับประจุในอนุภาคคาโธดการหาอัตราส่วนของมวลไฮโดรเจนอิออนต่อมวลของอนุภาครังสีคาโธดจาก q / m ของอนุภาคคาโธด = 1.76 x 1011 C / kgและ q / M ของไฮโดรเจนอิออน = 9.57 x 107 C / kg= = 1840แสดงว่ามวลไฮโดรเจนอิออนมากกว่ามวลอิเล็กตรอน 1840 เท่า จากผลการทดลองของทอมสัน สรุปได้ว่า" อะตอมที่เข้าใจว่าแบ่งแยกไม่ได้นั้นความจริงสามารถแบ่งย่อยลงไปได้อีก ซึ่งอย่างน้อยจะต้องมีอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญ"สรุปผลการทดลองของ Thomsonการหาอัตราส่วนของ q/m ในอนุภาคนคาโธดแยกเป็นลำดับได้ดังนี้1.หาอัตราเร็วประจุโดยให้ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะได้FE = FBEq = qvBV = 2.การหาอัตราส่วน q / m สามารถหาได้ 2 แบบด้วยกันคือ2.1 โดยให้ประจุวิ่งในสนามแม่เหล็กอย่างเดียวทำการวัดหารัศมี R จะได้FE = หรือ qvB = 2.2 หาจากประจุวิ่งในความต่างศักย์เร่งประจุจาก mv2 = qV5.การหาค่าอัตราส่วนประจุต่อมวล (q/m)โดยใช้หลอดตาแมวหลอดตาแมวเป็นหลอดซึ่งใช้ในเครื่องรับวิทยุสามารถนำมาใช้หาอัตราส่วนประจุต่อมวลได้โดยประมาณรูปที่ 9 แสดงส่วนประกอบของหลอดตาแมวส่วนประกอบของหลอดตาแมวประกอบด้วยไส้หลอดห่อหุ้มด้วยคาโธด และมีอิเล็กโตรดล้อมรอบคาโธดทำหน้าที่คอยบังคับรังสี (รอบนอกของ อิเล็กโตรดมีอาโนด ซึ่งฉาบด้วยสารเรืองแสงล้อมรอบอยู่ดังรูป 9) ชิ้นส่วนที่กล่าวมาแล้วทั้งหมดอยู่ในครอบแก้วสูญญากาศการทำงานของหลอดตาแมวเมื่อไส้หลอดถูกทำให้ร้อนด้วยความต่างศักดาไฟฟ้าประมาณ 6 โวลต์ คาโธดซึ่งห่อหุ้มไส้หลอดอยู่จะร้อนแดงไปด้วย และจะให้อิเล็กตรอนจำนวนมากออกมานอกผิวโลหะ เมื่ออาโนดมีศักดาไฟฟ้าเป็นบวกเทียบกับคาโธดประมาณ 125 โวลต์ ขึ้นไปทำให้เกิดสนามไฟฟ้าเร่งให้อิเล็กตรอนวิ่งเข้าหาอาโนดและกระทบอาโนดทำให้เกิดแสงสีเขียว สำหรับอิเล็กโตรดบังคับรังสีทำหน้าที่กั้นอิเล็กตรอนบางส่วน ทำให้เกิดเงามืดในส่วนนั้นดังรูปที่ 10 (a)ถ้านำหลอดตาแมวจุ่มลงในขดลวดโซลีนอยด์ ซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในแนวดิ่งและทำให้รังสีเบนไปจากแนวเดิม ปรากฏดังรูปที่ 10 (b)a. รังสีคาโธดเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก b. รังสีคาโธดเมื่อมีสนามแม่เหล็กรูปที่ 10 หลอดตาแมวอยู่ในสนามแม่เหล็กการคำนวณหาค่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลพิจารณาแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็ก