ฟิสิกส์อะตอม

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน ("พุดดิ้งพลัม") เสนอว่าอะตอมเป็นก้อนประจุบวกเรียบ มีอิเล็กตรอนกระจายฝังอยู่ทั่วไป

การทดลองยิงอนุภาคแอลฟาผ่านแผ่นทองบางของรัทเทอร์ฟอร์ดพบว่าอนุภาคส่วนใหญ่ทะลุผ่านตรงไป แต่บางส่วนกระเด็นกลับมุมกว้างมาก — สรุปได้ว่าประจุบวกและมวลส่วนใหญ่ของอะตอมกระจุกอยู่ในนิวเคลียสขนาดเล็กมากตรงกลาง ล้อมรอบด้วยที่ว่างเปล่าที่มีอิเล็กตรอนโคจรอยู่

โบร์เสนอว่าอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสได้เฉพาะในวงโคจรที่มีระดับพลังงานไม่ต่อเนื่อง (quantized) เท่านั้น ไม่ใช่ระดับพลังงานใดก็ได้

สำหรับอะตอมไฮโดรเจน ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนคำนวณได้จาก En = −13.6/n² eV โดย n คือเลขจำนวนเต็มบอกระดับวงโคจร (n = 1, 2, 3, ...) — ค่าลบแสดงว่าอิเล็กตรอนถูกยึดอยู่กับนิวเคลียส

เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับพลังงานจากสูงลงมาต่ำ จะปลดปล่อยโฟตอนที่มีพลังงานเท่ากับผลต่างระดับพลังงานพอดี ทำให้เกิดสเปกตรัมเส้นที่มีความยาวคลื่นเฉพาะตัว ไม่ต่อเนื่อง

เมื่อฉายแสงที่มีความถี่สูงพอลงบนผิวโลหะ อิเล็กตรอนจะถูกปลดปล่อยออกมาทันที (photoelectric effect) — ปรากฏการณ์นี้อธิบายไม่ได้ด้วยทฤษฎีคลื่นของแสง แต่อธิบายได้ด้วยการมองว่าแสงประกอบด้วยกลุ่มพลังงาน (โฟตอน) ที่มีพลังงาน E = hf

อิเล็กตรอนจะหลุดออกมาได้ก็ต่อเมื่อพลังงานโฟตอนมากกว่าหรือเท่ากับ "งานฟังก์ชัน" (work function, W0) ของโลหะนั้น — ถ้าพลังงานไม่พอ อิเล็กตรอนจะไม่หลุดออกมาเลย ไม่ว่าแสงจะเข้มแค่ไหนก็ตาม

เดอบรอยล์เสนอว่า ถ้าคลื่นแสงมีสมบัติเป็นอนุภาคได้ (โฟตอน) อนุภาคที่มีมวล เช่น อิเล็กตรอน ก็ควรมีสมบัติเป็นคลื่นได้เช่นกัน

ความยาวคลื่นที่สัมพันธ์กับอนุภาคคำนวณจาก λ = h/p โดย p คือโมเมนตัมของอนุภาค (p = mv) — แนวคิดนี้ได้รับการยืนยันด้วยการทดลองการเลี้ยวเบนของลำอิเล็กตรอน และเป็นจุดเริ่มต้นของกลศาสตร์ควอนตัม