Prosedur Eksperimen Millikan, Penjelasan, Kepentingan

Dia Eksperimen Millikan, Dijalankan oleh Robert Millikan (1868-1953) dengan pelajarnya Harvey Fletcher (1884-1981), bermula pada tahun 1906 dan bertujuan untuk mengkaji sifat-sifat caj elektrik, menganalisis pergerakan ribuan titisan minyak di tengah-tengah elektrik seragam medan.

Kesimpulannya adalah bahawa caj elektrik tidak mempunyai nilai sewenang -wenangnya, tetapi ia datang dalam gandaan 1.6 x 10^-19 C, yang merupakan beban asas elektron. Di samping itu jisim elektron dijumpai.

Rajah 1. Di sebelah kiri peranti asal yang digunakan oleh Millikan dan Fletcher dalam eksperimen mereka. Di sebelah kanan skema mudah yang sama. Sumber: Wikimedia Commons/F. Zapata,

Sebelum ini fizikal j.J. Thompson telah menemui secara eksperimen hubungan beban-milik zarah asas ini, yang dipanggil "corpuscle", tetapi bukan nilai setiap magnitud secara berasingan.

Dari beban ini - hubungan massa dan beban elektron, nilai jisimnya ditentukan: 9.11 x 10^-31 Kg.

Untuk mencapai tujuan mereka, Millikan dan Fletcher berkhidmat dengan pengabut yang mana kabut minyak yang halus disembur. Sebilangan titisan dimuatkan secara elektrik terima kasih kepada geseran dalam penyembur.

Titisan yang dimuatkan perlahan -lahan menetap di elektrod plak rata selari, di mana beberapa melewati lubang kecil di plat atas, seperti yang ditunjukkan dalam skema Rajah 1.

Plat selari di dalamnya adalah mungkin untuk mewujudkan medan elektrik seragam dan tegak lurus ke plat, yang besarnya dan polaritas dikawal dengan mengubah suai voltan.

Tingkah laku titisan diperhatikan dengan menerangi bahagian dalam plat dengan cahaya terang.

[TOC]

Penjelasan Percubaan

Sekiranya kejatuhan mempunyai beban, medan yang dibuat di antara plat memancarkan daya di atasnya yang mengatasi graviti.

Dan jika ia juga berjaya digantung, ini bermakna bidang itu menimbulkan daya menegak, yang betul -betul mengimbangi graviti. Keadaan ini bergantung pada nilai q, beban gout.

Sesungguhnya, Millikan mengamati bahawa selepas menghidupkan padang, beberapa titisan digantung, yang lain mula memanjat atau terus turun.

Melaraskan nilai medan elektrik -Di rintangan berubah -ubah, contohnya -penurunan boleh dibenarkan untuk terus digantung di dalam plat. Walaupun dalam praktiknya tidak mudah dicapai, sekiranya ia berlaku, hanya daya yang dikenakan oleh bidang dan graviti bertindak pada penurunan.

Boleh melayani anda: penyerapan: apakah, contoh dan latihan diselesaikan

Sekiranya jisim penurunan itu m Dan bebannya adalah q, Mengetahui bahawa daya adalah berkadar dengan medan magnitud yang digunakan Dan, Undang -undang kedua Newton menetapkan bahawa kedua -dua kuasa mesti seimbang:

mg = q.Dan

Q = mg/e

Nilai g, Percepatan graviti diketahui, serta magnitud Dan bidang, yang bergantung pada voltan V ditubuhkan di antara plat dan pemisahan antara ini L, sebagai:

E = v/l

Persoalannya ialah mencari jisim minyak kecil. Setelah ini dicapai, tentukan beban q Ia boleh dilakukan dengan sempurna. Secara semulajadi itu m dan q Masing -masing adalah jisim dan beban setitik minyak, bukannya elektron.

Tetapi ... penurunan itu dimuatkan kerana ia kehilangan atau memperoleh elektron, jadi nilainya berkaitan dengan beban zarah tersebut.

Jisim penurunan minyak

Masalah Millikan dan Fletcher adalah untuk menentukan jisim penurunan, tugas yang tidak mudah disebabkan oleh saiznya yang kecil.

Mengetahui ketumpatan minyak, jika anda mempunyai isipadu kelantangan, doh dapat dibersihkan. Tetapi jumlahnya juga sangat kecil, jadi kaedah konvensional tidak berguna.

Walau bagaimanapun, penyelidik tahu bahawa objek kecil itu tidak jatuh dengan bebas, kerana rintangan udara atau alam sekitar, campur tangan dengan melambatkan pergerakan mereka. Walaupun zarah ketika dibebaskan dengan medan off mengalami pergerakan menegak dan turun, ia akhirnya jatuh dengan kelajuan yang tetap.

Pada kelajuan ini ia dipanggil "kelajuan terminal" atau "kelajuan had", yang dalam hal sfera, bergantung pada radius dan kelikatan udara.

Tanpa ketiadaan bidang, Millikan dan Fletcher mengukur masa titisan jatuh. Dengan mengandaikan bahawa titisan adalah sfera dan dengan nilai kelikatan udara, mereka tetap untuk menentukan jejari secara tidak langsung dari kelajuan terminal.

Kelajuan ini memohon undang -undang Stokes dan di sini adalah persamaannya:

 Di mana:

-v_t adalah kelajuan terminal

-R Ia adalah jejari gout (sfera)

-η Itu adalah kelikatan udara

-ρ Ia adalah ketumpatan gout

Kepentingan

Percubaan Millikan adalah penting, kerana ia menunjukkan beberapa aspek utama dalam fizik:

I) Beban asas ialah elektron, yang nilainya adalah 1.6 x 10 ^-19 C, salah satu pemalar asas sains.

Ii) Sebarang caj elektrik lain datang dalam gandaan beban asas.

Boleh melayani anda: Pukulan Parabolik: Ciri -ciri, Formula dan Persamaan, Contoh

Iii) Mengetahui pertuduhan elektron dan nisbah beban-masa j.J. Thomson, mungkin untuk menentukan jisim elektron.

Iii) Pada zarah sekecil zarah asas, kesan graviti boleh diabaikan terhadap elektrostatik.

Rajah 2. Millikan di latar depan ke kanan, bersebelahan dengan Albert Einstein dan ahli fizik lain yang terkenal. Sumber: Wikimedia Commons.

Millikan menerima Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1923 untuk penemuan ini. Eksperimennya juga relevan kerana dia menentukan sifat -sifat asas ini dari caj elektrik, berdasarkan instrumentasi mudah dan menerapkan undang -undang yang terkenal kepada semua.

Walau bagaimanapun, Millikan dikritik kerana menolak banyak pemerhatian dalam eksperimennya, tanpa alasan yang jelas, untuk mengurangkan kesilapan statistik hasilnya dan bahawa mereka lebih "rapi".

Titisan dengan pelbagai beban

Millikan mengukur banyak titisan dalam eksperimennya dan tidak semuanya minyak. Dia juga diuji dengan merkuri dan gliserin. Seperti yang dinyatakan, percubaan bermula pada tahun 1906 dan diperluaskan selama beberapa tahun. Tiga tahun kemudian, pada tahun 1909, keputusan pertama diterbitkan.

Pada masa ini, beliau memperoleh pelbagai beban yang dimuatkan dengan mempengaruhi x -ray melalui plat, untuk mengionkan udara di antara mereka. Dengan cara ini zarah yang dimuatkan dilepaskan yang boleh diterima oleh titisan.

Di samping itu, ia tidak menumpukan semata -mata pada titisan yang digantung. Millikan memerhatikan bahawa apabila titisan berjumlah, kelajuan kenaikan juga berubah mengikut beban yang dibekalkan.

Dan jika penurunan itu turun, beban tambahan tambahan ini terima kasih kepada campur tangan x -rays, kelajuan tidak berubah, kerana mana -mana jisim elektron yang ditambahkan pada penurunan adalah huruf kecil, berbanding dengan jisim penurunan itu sendiri.

Tidak kira berapa banyak beban yang ditambahkannya, Millikan mendapati bahawa semua titisan memperoleh seluruh gandaan nilai tertentu, iaitu dan, Unit asas, seperti yang telah kita katakan adalah beban elektron.

Millikan pada mulanya diperoleh 1.592 x 10^-19 C untuk nilai ini, sedikit lebih rendah daripada yang diterima sekarang, iaitu 1.602 x 10^-19 C. Alasannya mungkin adalah nilai yang diberikan kepada kelikatan udara dalam persamaan untuk menentukan kelajuan terminal penurunan.

Contoh

Mengepung setitik minyak

Kami melihat contoh berikut. Titisan minyak mempunyai ketumpatan ρ = 927 kg/m³ dan dibebaskan di tengah -tengah elektrod dengan medan elektrik. Titisan dengan cepat mencapai kelajuan terminal, di mana jejari ditentukan, yang nilainya ternyata r = 4.37 x10^-7 m.

Boleh melayani anda: Kelebihan dan kekurangan geseran

Bidang seragam dihidupkan, diarahkan secara menegak dan mempunyai magnitud 9.66 kN . Dengan cara ini dicapai bahawa penurunan itu digantung semasa rehat.

Ia diminta:

a) Kirakan beban drop

b) Cari berapa kali beban asas terkandung dalam beban drop.

c) Tentukan jika boleh, tanda beban.

Rajah 3. Titisan minyak di tengah -tengah medan elektrik yang berterusan. Sumber: Asas Fizik. Rex-Wolfson.

Penyelesaian kepada

Sebelum ini ungkapan berikut disimpulkan untuk penurunan berehat:

Q = mg/e

Mengetahui ketumpatan dan jejari gout, jisim ini ditentukan:

ρ = m /v

V = (4/3) πr³

Oleh itu:

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

Oleh itu, beban penurunan adalah:

Q = mg/e = 3.24 x 10^-16 kg x 9.8 m/s²/9660 n = 3.3 x 10^-19 C

Penyelesaian b

Mengetahui bahawa beban asas adalah E = 1.6 x 10 ^-19 C, beban yang diperolehi di bahagian sebelumnya dibahagikan dengan nilai ini:

n = q/e = 3.3 x 10^-19 C/1.6 x 10 ^-19 C = 2.05

Hasilnya ialah beban penurunan adalah kira -kira dua kali ganda (n≈2) dari beban asas. Ia tidak betul -betul dua kali ganda, tetapi sedikit perbezaan ini disebabkan oleh kehadiran kesilapan eksperimen yang tidak dapat dielakkan, serta pembulatan dalam setiap pengiraan sebelumnya.

Penyelesaian c

Ya adalah mungkin untuk menentukan tanda beban, terima kasih kepada fakta bahawa pernyataan itu memberikan maklumat mengenai arah medan, yang diarahkan secara menegak ke atas, sama seperti daya.

Garis medan elektrik selalu bermula dari beban positif dan berakhir dengan beban negatif, oleh itu plat bawah dimuatkan dengan tanda + dan yang di atas dengan tanda - (lihat Rajah 3).

Oleh kerana penurunan itu diarahkan ke arah plat di atas yang didorong oleh medan, dan sejak beban tanda bertentangan tertarik, penurunan itu mesti mempunyai caj positif.

Sebenarnya, menjaga kejatuhan yang digantung tidak mudah diperoleh. Jadi Millikan menggunakan anjakan menegak (UPS.

Beban yang diperoleh ini berkadar dengan beban elektron, seperti yang telah kita lihat, dan dapat dikira dengan kenaikan dan masa keturunan, jisim penurunan dan nilai -nilai g dan Dan.

Rujukan

1. Fikiran terbuka. Millikan, ahli fizik yang datang untuk melihat elektron. Pulih dari: bbvaopenmind.com
2. Rex, a. 2011. Asas Fizik. Pearson.
3. Tippens, ms. 2011. Fizik: Konsep dan aplikasi. Edisi ke -7. McGraw Hill.
4. Amrit.  Eksperimen Drop Minyak Millikan. Pulih dari: vlab.Amrit.Edu
5. Wake Forest College. Eksperimen Drop Minyak Millikan. Pulih dari: WFU.Edu