experimentul millikan, realizată de Robert Millikan (1868-1953) împreună cu elevul său Harvey Fletcher (1884-1981), a început în 1906 și a avut ca scop studierea proprietăților sarcinii electrice, analizând mișcarea a mii de picături de ulei în mijlocul uniformei câmp electric.
Concluzia a fost că încărcătura electrică nu avea o valoare arbitrară, dar că a venit în multipli de 1,6 x 10-19 C, care este sarcina fundamentală a electronului. În plus, s-a găsit masa electronului.
Anterior fizicianul J.J. Thompson a găsit experimental relația sarcină-masă a acestei particule elementare, pe care a numit-o „corpuscul”, dar nu și valorile fiecărei mărimi separat..
Din această relație sarcină - masă și sarcina electronului, s-a determinat valoarea masei sale: 9,11 x 10-31 Kg.
Pentru a-și atinge scopul, Millikan și Fletcher au folosit un atomizor cu care a fost pulverizată o ceață fină de picături de ulei. Unele picături au fost încărcate electric din cauza fricțiunii din duză.
Picăturile încărcate s-au așezat încet pe electrozii plăcii plane paralele, unde câțiva au trecut printr-o mică gaură din placa superioară, așa cum se arată în diagrama din figura 1.
În interiorul plăcilor paralele este posibil să se creeze un câmp electric uniform perpendicular pe plăci, a căror magnitudine și polaritate au fost controlate prin modificarea tensiunii..
Comportamentul picăturilor a fost observat prin iluminarea interiorului plăcilor cu o lumină puternică..
Indice articol
Dacă picătura are o sarcină, câmpul creat între plăci exercită asupra ei o forță care contracarează gravitația..
Și dacă reușește să rămână suspendat, înseamnă că câmpul exercită o forță verticală ascendentă, care echilibrează exact gravitația. Această condiție va depinde de valoarea ce, povara picăturii.
Într-adevăr, Millikan a observat că, după ce a pornit pe teren, unele picături au fost suspendate, altele au început să se ridice sau să continue să coboare.
Prin ajustarea valorii câmpului electric - de exemplu printr-o rezistență variabilă - s-ar putea face ca o picătură să rămână suspendată în interiorul plăcilor. Deși în practică nu este ușor de realizat, dacă se întâmplă, doar forța exercitată de câmp și gravitația vor acționa asupra picăturii..
Dacă masa picăturii este m iar sarcina sa este ce, știind că forța este proporțională cu câmpul de mărime aplicat ȘI, A doua lege a lui Newton prevede că ambele forțe trebuie să fie echilibrate:
mg = q.E
q = mg / E
Valoarea a g, se cunoaște accelerația gravitațională, precum și magnitudinea ȘI a câmpului, care depinde de tensiune V stabilit între plăci și decalajul dintre ele L, Ce:
E = V / L
Întrebarea era să găsim masa picăturii mici de petrol. Odată ce acest lucru este realizat, determinați sarcina ce este perfect posibil. Bineînțeles că m Da ce sunt respectiv masa și sarcina picăturii de ulei, nu electronul.
Dar ... picătura este încărcată deoarece pierde sau câștigă electroni, deci valoarea ei este legată de încărcătura respectivei particule.
Problema lui Millikan și Fletcher a fost de a determina masa unei picături, nu o sarcină ușoară datorită dimensiunii sale mici..
Cunoscând densitatea uleiului, dacă aveți volumul picăturii, masa poate fi rezolvată. Dar volumul a fost, de asemenea, foarte mic, astfel încât metodele convenționale nu au fost utile..
Cu toate acestea, cercetătorii știau că astfel de obiecte mici nu cad liber, deoarece rezistența aerului sau a mediului, intervine prin încetinirea mișcării lor. Deși particula, atunci când este eliberată cu câmpul oprit, experimentează o mișcare verticală accelerată și în jos, ea ajunge să cadă cu viteză constantă..
Această viteză se numește „viteza terminală” sau „viteza limită”, care, în cazul unei sfere, depinde de raza acesteia și de vâscozitatea aerului..
În absența unui câmp, Millikan și Fletcher au măsurat timpul necesar pentru căderea picăturilor. Presupunând că picăturile au fost sferice și cu valoarea vâscozității aerului, au reușit să determine raza indirect de la viteza terminală.
Această viteză se găsește prin aplicarea legii lui Stokes și iată ecuația sa:
-vt este viteza terminală
-R este raza picăturii (sferică)
-η este vâscozitatea aerului
-ρ este densitatea picăturii
Experimentul lui Millikan a fost crucial, deoarece a dezvăluit câteva aspecte cheie în fizică:
I) Sarcina elementară este cea a electronului, a cărei valoare este de 1,6 x 10 -19 C, una dintre constantele fundamentale ale științei.
II) Orice altă sarcină electrică vine în multipli ai sarcinii fundamentale.
III) Cunoașterea sarcinii electronului și a relației sarcină-masă a lui J.J. Thomson, a fost posibil să se determine masa electronului.
III) La nivelul particulelor la fel de mici ca particulele elementare, efectele gravitaționale sunt neglijabile în comparație cu electrostatica.
Millikan a primit Premiul Nobel pentru fizică în 1923 pentru aceste descoperiri. Experimentul său este, de asemenea, relevant, deoarece a determinat aceste proprietăți fundamentale ale sarcinii electrice, pornind de la o simplă instrumentare și aplicând legi bine cunoscute tuturor..
Totuși, Millikan a fost criticat pentru că a eliminat multe observații în experimentul său, fără niciun motiv aparent, pentru a reduce eroarea statistică a rezultatelor și a le face mai „prezentabile”.
Millikan a măsurat multe, multe picături în experimentul său și nu toate erau petrol. De asemenea, a încercat mercurul și glicerina. După cum sa menționat, experimentul a început în 1906 și a durat câțiva ani. Trei ani mai târziu, în 1909, au fost publicate primele rezultate.
În acest timp, a obținut o varietate de picături încărcate prin lovirea razelor X prin plăci, pentru a ioniza aerul dintre ele. În acest fel se eliberează particule încărcate pe care picăturile le pot accepta.
Mai mult, el nu s-a concentrat doar pe picăturile suspendate. Millikan a observat că atunci când picăturile au urcat, rata de creștere a variat, de asemenea, în funcție de sarcina furnizată..
Și dacă picătura a coborât, această încărcare suplimentară adăugată datorită intervenției razelor X nu a modificat viteza, deoarece orice masă de electroni adăugată picăturii este minusculă, comparativ cu masa picăturii în sine..
Indiferent de câtă încărcare a adăugat, Millikan a constatat că toate picăturile au dobândit taxe multiple multiple ale unei anumite valori, care este și, unitatea fundamentală, care, după cum am spus, este sarcina electronului.
Millikan a marcat inițial 1.592 x 10-19 C pentru această valoare, puțin mai mică decât cea acceptată în prezent, adică 1.602 x 10-19 C. Raportul poate fi valoarea pe care ați dat-o vâscozității aerului în ecuație pentru a determina viteza terminală a picăturii..
Vedem următorul exemplu. O picătură de ulei are o densitate ρ = 927 kg / m3 și este eliberat în mijlocul electrozilor cu câmpul electric oprit. Picătura atinge rapid viteza maximă, prin care se determină raza, a cărei valoare se dovedește a fi R = 4,37 x10-7 m.
Câmpul uniform este pornit, direcționat vertical în sus și are magnitudinea 9,66 kN / C. În acest fel, picătura este suspendată în repaus..
Întrebă:
a) Calculați taxa de picătură
b) Aflați de câte ori sarcina elementară este conținută în sarcina picăturii.
c) Determinați, dacă este posibil, semnul sarcinii.
Anterior, următoarea expresie a fost derivată pentru o picătură în repaus:
q = mg / E
Cunoscând densitatea și raza picăturii, se determină masa picăturii:
ρ = m / V
V = (4/3) πR3
Prin urmare:
m = ρ.V = ρ. (4/3) πR3= 927 kg / m3. (4/3) π. (4,37 x10-7 m)3= 3,24 x 10-16 kg
Prin urmare, taxa pentru picătură este:
q = mg / E = 3,24 x 10-16 kg x 9,8 m / sDouă/ 9660 N = 3,3 x 10-19 C
Știind că sarcina fundamentală este e = 1,6 x 10 -19 C, sarcina obținută în secțiunea anterioară este împărțită la această valoare:
n = q / e = 3,3 x 10-19 C /1,6 x 10 -19 C = 2,05
Rezultatul este că sarcina pe picătură este de aproximativ două ori (n≈2) sarcina elementară. Nu este tocmai dublu, dar această ușoară discrepanță se datorează prezenței inevitabile a erorii experimentale, precum și rotunjirii în fiecare dintre calculele anterioare..
Este posibil să se determine semnul sarcinii, datorită faptului că declarația oferă informații despre direcția câmpului, care este direcționată vertical în sus, precum și forța.
Liniile de câmp electric pornesc întotdeauna de la sarcini pozitive și se termină cu sarcini negative, prin urmare placa inferioară este încărcată cu un semn + și placa superioară cu un semn - (a se vedea figura 3).
Deoarece picătura este îndreptată către placa de deasupra condusă de câmp și deoarece sarcinile cu semn opus se atrag, picătura trebuie să aibă o sarcină pozitivă.
În realitate, menținerea picăturii suspendate nu este ușor de realizat. Deci, Millikan a folosit deplasările verticale (urcări și coborâșuri) pe care le-a suferit scăderea prin oprirea și pornirea câmpului, plus modificările încărcării cu raze X și a timpilor de deplasare, pentru a estima câtă taxă suplimentară a dobândit picătura..
Această sarcină dobândită este proporțională cu sarcina electronului, așa cum am văzut deja, și poate fi calculată cu timpul de creștere și scădere, masa căderii și valorile g Da ȘI.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.