De millikan eksperiment, utført av Robert Millikan (1868-1953) sammen med studenten Harvey Fletcher (1884-1981), begynte i 1906 og hadde som mål å studere egenskapene til elektrisk ladning, analysere bevegelsen til tusenvis av dråper olje midt i en uniform elektrisk felt.
Konklusjonen var at den elektriske ladningen ikke hadde en vilkårlig verdi, men at den kom i multipler på 1,6 x 10-19 C, som er elektronens grunnladning. I tillegg ble massen til elektronet funnet.
Tidligere har fysikeren J.J. Thompson hadde eksperimentelt funnet ladning-masseforholdet til denne elementære partikkelen, som han kalte "corpuscle", men ikke verdiene for hver størrelse separat..
Fra denne ladningen - masseforholdet og ladningen til elektronet ble verdien av massen bestemt: 9,11 x 10-31 Kg.
For å oppnå formålet, brukte Millikan og Fletcher en forstøver som en fin tåke av oljedråper ble sprayet med. Noen av dråpene var elektrisk ladet på grunn av friksjon i dysen.
De ladede dråpene satte seg langsomt på parallelle plane plateelektroder, hvor noen passerte gjennom et lite hull i øvre plate, som vist i diagrammet i figur 1.
Inne i de parallelle platene er det mulig å skape et jevnt elektrisk felt vinkelrett på platene, hvis størrelse og polaritet ble styrt ved å modifisere spenningen..
Dråpenes oppførsel ble observert ved å belyse det indre av platene med sterkt lys..
Artikkelindeks
Hvis dråpen har en ladning, utøver feltet som er opprettet mellom platene en kraft på den som motvirker tyngdekraften..
Og hvis det også klarer å forbli suspendert, betyr det at feltet utøver en vertikal kraft oppover, som nøyaktig balanserer tyngdekraften. Denne tilstanden vil avhenge av verdien av hva, byrden av dråpen.
Millikan observerte faktisk at etter at han hadde slått på feltet, ble noen dråper suspendert, andre begynte å stige eller fortsatte å stige ned.
Ved å justere verdien av det elektriske feltet - for eksempel ved hjelp av en variabel motstand - kan en dråpe gjøres for å forbli suspendert i platene. Selv om det i praksis ikke er lett å oppnå, hvis det skjer, vil bare kraften som utøves av feltet og tyngdekraften virke på fallet..
Hvis massen av dråpen er m og dens belastning er hva, å vite at kraften er proporsjonal med det påførte størrelsesfeltet OG, Newtons andre lov sier at begge kreftene må balanseres:
mg = q.E
q = mg / E
Verdien av g, tyngdeakselerasjonen er kjent, så vel som størrelsen OG av feltet, som avhenger av spenningen V mellom platene og gapet mellom dem L, Hva:
E = V / L.
Spørsmålet var å finne massen til den lille dråpen olje. Når dette er oppnådd, må du bestemme belastningen hva det er fullt mulig. Naturligvis det m Y hva er henholdsvis massen og ladningen til oljedråpen, ikke elektronet.
Men ... fallet er ladet fordi det mister eller får elektroner, så verdien er relatert til ladningen til nevnte partikkel.
Millikan og Fletchers problem var å bestemme massen av en dråpe, ikke en enkel oppgave på grunn av dens lille størrelse..
Å vite tettheten av oljen, hvis du har volumet av dråpen, kan massen løses. Men volumet var også veldig lite, så konvensjonelle metoder var ikke nyttige..
Forskerne visste imidlertid at slike små gjenstander ikke faller fritt, siden luftens eller miljøets motstand griper inn ved å bremse bevegelsen. Selv om partikkelen, når den slippes ut av feltet, opplever en akselerert vertikal bevegelse og nedover, ender den med å falle med konstant hastighet..
Denne hastigheten kalles "terminalhastighet" eller "begrensningshastighet", som i tilfelle en kule avhenger av radius og luftens viskositet..
I mangel av et felt målte Millikan og Fletcher tiden det tok før dråpene falt. Forutsatt at dråpene var sfæriske og med verdien av luftens viskositet, klarte de å bestemme radiusen indirekte ut fra terminalhastigheten.
Denne hastigheten blir funnet ved å anvende Stokes lov, og her er ligningen:
-vt er terminalhastigheten
-R er fallets radius (sfærisk)
-η er viskositeten til luft
-ρ er tettheten av dråpen
Millikans eksperiment var avgjørende, fordi det avslørte flere viktige aspekter innen fysikk:
I) Elementlading er den til elektronet, hvis verdi er 1,6 x 10 -19 C, en av vitenskapens grunnleggende konstanter.
II) Enhver annen elektrisk ladning kommer i multipler av grunnladningen.
III) Å kjenne ladningen til elektronet og forholdet mellom ladning og masse av J.J. Thomson var det mulig å bestemme massen til elektronet.
III) På nivået av partikler så små som elementære partikler, er gravitasjonseffektene ubetydelige sammenlignet med elektrostatikk.
Millikan mottok Nobelprisen i fysikk i 1923 for disse oppdagelsene. Eksperimentet hans er også relevant fordi han bestemte disse grunnleggende egenskapene til elektrisk ladning, med utgangspunkt i en enkel instrumentering og anvendte lover som var kjent for alle..
Millikan ble imidlertid kritisert for å ha forkastet mange observasjoner i eksperimentet, uten noen åpenbar grunn, for å redusere den statistiske feilen i resultatene og gjøre dem mer "presentable"..
Millikan målte mange, mange dråper i eksperimentet, og ikke alle var olje. Han prøvde også kvikksølv og glyserin. Som nevnt startet eksperimentet i 1906 og varte i noen år. Tre år senere, i 1909, ble de første resultatene publisert.
I løpet av denne tiden oppnådde han en rekke ladede dråper ved å slå røntgen gjennom platene for å ionisere luften mellom dem. På denne måten frigjøres ladede partikler som dråpene kan akseptere.
Videre fokuserte han ikke bare på de hengende dråpene. Millikan observerte at når dråpene steg opp, varierte stigningshastigheten også i henhold til belastningen som ble levert..
Og hvis dråpen sank ned, endret ikke denne ekstra ladningen takket være intervensjonen av røntgenstrålene hastigheten, fordi massen av elektroner som ble lagt til dråpen er liten, sammenlignet med massen av selve dråpen..
Uansett hvor mye ladning han la til, fant Millikan at alle dråpene anskaffet heltall multipler av en viss verdi, som er og, den grunnleggende enheten, som som vi har sagt er ladningen til elektronet.
Millikan scoret først 1592 x 10-19 C for denne verdien, litt mindre enn for tiden akseptert, som er 1602 x 10-19 C. Forholdet kan ha vært verdien du ga til viskositeten til luften i ligningen for å bestemme fallhastigheten til dråpen..
Vi ser følgende eksempel. En oljedråpe har en tetthet ρ = 927 kg / m3 og frigjøres midt på elektrodene med det elektriske feltet av. Dråpen når raskt terminalhastigheten, ved hvilken radius bestemmes, hvis verdi viser seg å være R = 4,37 x 10-7 m.
Det ensartede feltet er slått på, rettet vertikalt oppover, og har styrke 9,66 kN / C. På denne måten blir dråpen suspendert i hvile..
Det spør:
a) Beregn dråpeladningen
b) Finn hvor mange ganger elementladningen er inneholdt i ladningen for fallet.
c) Bestem om mulig lastens tegn.
Tidligere ble følgende uttrykk avledet for en dråpe i ro:
q = mg / E
Å vite tettheten og radiusen til dråpen, bestemmes dråpens masse:
ρ = m / V.
V = (4/3) πR3
Derfor:
m = ρ.V = ρ. (4/3) πR3= 927 kg / m3. (4/3) π. (4,37 x 10-7 m)3= 3,24 x 10-16 kg
Derfor er kostnaden for slipp:
q = mg / E = 3,24 x 10-16 kg x 9,8 m / sto/ 9660 N = 3,3 x 10-19 C
Å vite at grunnladningen er e = 1,6 x 10 -19 C, belastningen oppnådd i forrige avsnitt er delt med denne verdien:
n = q / e = 3,3 x 10-19 C /1,6 x 10 -19 C = 2,05
Resultatet er at ladningen på slipp er omtrent dobbelt (n≈2) den grunnleggende ladningen. Det er ikke akkurat dobbelt, men denne svake avviket skyldes uunngåelig tilstedeværelse av eksperimentell feil, samt avrunding i hver av de forrige beregningene..
Det er mulig å bestemme ladetegn, takket være at uttalelsen gir informasjon om feltretningen, som er rettet vertikalt oppover, så vel som kraften.
Elektriske feltlinjer starter alltid fra positive ladninger og slutter med negative ladninger, derfor er den nedre platen ladet med et + tegn og den øvre platen med et - tegn (se figur 3).
Siden fallet er rettet mot platen over drevet av feltet, og siden ladninger av motsatt tegn tiltrekker seg, må fallet ha en positiv ladning.
I virkeligheten er det ikke enkelt å holde dråpen suspendert. Så Millikan brukte de vertikale forskyvningene (opp- og nedturer) som fallet opplevde ved å slå feltet av og på, pluss endringene i røntgenlading og reisetid, for å estimere hvor mye ekstra kostnad dråpen hadde fått..
Denne ervervede ladningen er proporsjonal med ladningen til elektronet, som vi allerede har sett, og kan beregnes med økning og falltid, fallmassen og verdiene av g Y OG.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.