Опыт Милликена

Физика > Опыт Милликена

 

В чем заключается опыт Милликена – эксперимент с масляной каплей. Читайте детальное описание опыта и выводы, уравнения, заряд электрона, предельная скорость.

В 1911 году при помощи заряженных капелек масла Роберт Милликен смог сформировать заряд электрона.

Задача обучения

• Разобраться в отличии реального заряда электрона и созданного Милликеном.

Основные пункты

• В эксперименте участвовали ионизирующие капли масла. Попав в воздух, они балансируют силой тяжести с силой электрического поля.
• Милликен не смог напрямую подсчитать количество электронов в каждой масляной капле, но выявил общий знаменатель – 1.5924 (17) х 10^-19 С (заряд электрона).
• Полученное значение отличается от принятого на 1% – 1.602176487 (40) х 10^-19 С.

Термины

• Электрическое поле – участок вокруг заряженной частички или между двумя напряжениями.
• Напряжение – количество электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.
• Предельная скорость – скорость, с которой объект в свободном падении останавливает ускорение вниз, потому что сила тяжести равна и противоположна сопротивлению.

Эксперимент с масляной каплей

Это одно из наиболее значимых исследований в истории физической науки. За его осуществление принялись Роберт Милликен и Харви Флетчер в 1911 году. Они хотели определить заряд одного электрона.

Для этого Милликен использовал распылитель для создания тумана крошечных масляных капель в камере, где было отверстие. Некоторые капли проваливались в дыру и камеру, где ученые вычисляли финальную скорость и массу

Далее Милликен обнажил капли до рентгеновских лучей, ионизирующих молекулы в воздухе и заставляющих электроны прикрепляться к масляным каплям. Это привело к заряду. Верх и низ камеры подключались к батарее, а разность потенциалов представляла электрическое поле.

Милликену удалось уравновесить силу тяжести и силу электрического поля, из-за чего масляные капли оказались подвершенными в воздухе.

В устройстве есть параллельная пара горизонтальных металлических пластин. В пространстве между ними формируется равномерное электрическое поле. Кольцо обладает тремя отверстиями для подвески и одним для наблюдения в микроскоп. В камеру распыляется специальное масло, где капли электрически заряжаются. Капли поступают в пространство между пластинами и могут управляться через изменение напряжения на пластинах

Далее Милликен определил заряд частиц, подвешенных в воздухе. Он предполагал, что сила тяжести приравнивается к силе электрического поля:

q⋅E = m⋅g

q = m⋅g/E

Он располагал массой масляных капель и ускорением силы тяжести (9.81 м/с²), а также энергией рентгеновских лучей, благодаря чему и вычислил заряд.

Заряд каждой капли оставался загадкой, поэтому Милликен скорректировал силу рентгеновских лучей, ионизирующих воздух, а также вычислил остальные значения. В каждом случае заряд достигал 1.5924 (17) х 10^-19 С. Результаты были очень точными и отличались всего на 1% от того, что используется сейчас – 1.602176487 (40) х 10^-19 С.

Этот эксперимент был крайне важным для определения заряда электрона и доказательства существования частичек, меньше атома.