До началото на XX век. съществуването на електрони е установено в редица независими експерименти. Но въпреки огромния експериментален материал, натрупан от различни научни школи, електронът остава, строго погледнато, хипотетична частица. Причината е, че нямаше нито един експеримент, в който да участват единични електрони.
Първо, електроните се появиха като удобна хипотеза за обяснение на законите на електролизата, след това бяха открити в газов разряд, което потвърди тяхното съществуване във всички тела. Въпреки това, не беше ясно дали физиката се занимава с един и същ електрон, еднакъв за всички вещества и тела, или дали свойствата на електрона са осреднени характеристики на голямо разнообразие от „братя на електроните“.

За да отговорят на този въпрос през 1910-1911 г., американският учен Робърт Андрюс Миликън и съветският физик Абрам Федорович Йофе независимо направиха прецизни експерименти, в който е било възможно да се наблюдават единични електрони.
В техните експерименти в затворен съд 1, въздухът от който се евакуира с помпа до висок вакуум, има два хоризонтално разположени метални плочи 2. Между тях през тръба 3 се поставя облак от заредени метални прахови частици или маслени капчици. Те са наблюдавани под микроскоп 4 със специална скала, която позволява да се наблюдава тяхното утаяване (падане).
Да предположим, че праховите частици или капчици са били отрицателно заредени, преди да бъдат поставени между плочите. Следователно тяхното утаяване (падане) може да бъде спряно, ако долната плоча е заредена отрицателно, а горната положително. Така и направиха, като постигнаха равновесието на прахова частица (капчица), което беше наблюдавано под микроскоп.


След това зарядът на праховите частици (капчици) беше намален чрез въздействие върху тях с ултравиолетови или рентгенови лъчи. Праховите частици (капчици) започнаха да падат, тъй като поддържащата електрическа сила намалява. Информиране на металните плочи за допълнителна такса и по този начин укрепване електрическо поле, праховата частица отново беше спряна. Това беше направено няколко пъти, като всеки път се използва специална формула за изчисляване на заряда на праховите частици.
Експериментите на Миликан и Йофе показаха, че зарядите на капките и праховите частици винаги се променят стъпаловидно. Минималната "порция" електрически заряд е елементарна електрически заряд, равно на e = 1,6 10-19 C. Зарядът на прашинката обаче не напуска сам, а заедно с частица материя. Следователно в природата има такава частица материя, която има най-малкия заряд, тогава вече неделим - зарядът на електрона. Благодарение на експериментите на Йофе-Миликен съществуването на електрона се превърна от хипотеза в научно потвърден факт.
В момента има информация за съществуването елементарни частици(кварки) с дробни електрически заряди, равни на 1/Ze и 2/Ze. Въпреки това, електрическият заряд на всяко тяло винаги е цяло число, кратно на елементарния електрически заряд; други "порции" електрически заряд, способни да преминават от едно тяло в друго, все още не са експериментално открити в природата.

опит в Миликън- опит в измерването елементарен електрически заряд(зареждане електрон) извършено Робърт МиликънИ Харви Флетчър(Английски) Рускипрез 1909г .

Идеята на експеримента е да се намери баланс между земно притегляне, Стоксова силаИ електрическо отблъскване. Контролирайки силата на електрическото поле, Миликен и Флетчър задържаха малки капчици масло вътре механичен баланс. Чрез повторение на експеримента за няколко капки, учените потвърдиха, че общият заряд на капката се състои от няколко елементарни заряда. Стойността на заряда на електрона в експеримента от 1911 г. се оказва равна на кл, което се различава с 1% от текущата стойност в Cl.

Предпоставки

През 1913г Професор Чикагския университетР. Миликен съавторство с H. Fletcher публикува чернова на техния опит.

В този експеримент беше измерена силата на електрическото поле, което може да задържи заредена капка масло между два електрода. Зарядът на капката се измерва от стойността на това поле. Самите капки се наелектризираха по време на пръскането. Във времена на опит не беше очевидно съществуването субатомни частиции повечето физически явления [ Какво? ] може да се обясни, като се приеме, че зарядът е непрекъснато променяща се величина.

Т.нар елементарен заряд e е едно от основните физически константии го познавам точна стойностмного важно. През 1923 г. Миликан получава Нобелова наградаНа физикаотчасти за този експеримент.

Описание на опита

В пространството между две захранвани плочи (в кондензатор), Миликан инжектира малки заредени капчици масло, които могат да бъдат неподвижни в определено електрическо поле. Равновесието дойде при условието , където

Резултантните сили на гравитацията и силите на Архимед;

, където на свой ред

Плътност на маслена капка;

Неговият радиус при предположението, че капката е сферична;

Плътност на въздуха

От тези формули, знаейки и, можем да намерим. За да определим радиуса на капката, ние измервахме скоростта на равномерно падане на капката при липса на поле, тъй като равномерно движениесе установява, когато силата на гравитацията се балансира със силата на съпротивлението на въздуха, където е вискозитетът на въздуха.

По това време беше трудно да се фиксира неподвижността на капката, следователно вместо поле, което отговаря на условието, беше използвано поле, под въздействието на което капката започна да се движи нагоре с ниска скорост. Очевидно, ако скоростта на изкачване е равна, тогава

В хода на опита, важен факт: всички стойности, получени от Миликан, се оказаха кратни на една и съща стойност. Така експериментално беше показано, че зарядът е дискретна величина.

Изготвила ученичка от 11-А клас КОШ No 125 Коновалова Кристина

слайд 2

Опитът на Йофе - Миликан Абрам Федорович Йофе Робърт Андрюс Миликън

слайд 3

Опитът на Йофе-Миликен

До края на 19 век в редица много разнообразни експерименти е установено, че има определен носител на отрицателен заряд, който се нарича електрон. Това обаче всъщност беше хипотетична единица, тъй като въпреки изобилието практичен материал, не е проведен нито един експеримент с участието на един електрон. Не беше известно дали има разновидности на електрони за различни веществаили винаги е едно и също какъв заряд носи електрона, дали зарядът може да съществува отделно от частицата. Като цяло в научната общност имаше разгорещени дебати за електрона и нямаше достатъчно практическа основа, която недвусмислено да спре всички дебати.

слайд 4

Фигурата показва диаграма на инсталацията, използвана в експеримента от A. F. Ioffe. В затворен съд, въздухът от който се евакуира до висок вакуум, имаше две метални пластини Р, поставени хоризонтално. От камера А през отвор О в пространството между плочите попадат малки заредени прахови частици от цинк. Тези прахови частици са наблюдавани под микроскоп.

слайд 5

И така, заредените прахови частици и капчици във вакуум ще падат от горната плоча към дъното, но този процес може да бъде спрян, ако горната плоча е заредена положително, а долната - отрицателно. Полученото електрическо поле ще действа от кулонови сили върху заредените частици, предотвратявайки падането им. Чрез регулиране на количеството заряд те гарантираха, че праховите частици витаят в средата между плочите. След това зарядът на прахови частици или капки се намалява чрез облъчването им с рентгенови лъчи или ултравиолетова светлина. Загубвайки заряда, праховите частици отново започнаха да падат, те отново бяха спрени чрез регулиране на заряда на плочите. Този процес се повтаря няколко пъти, като се изчислява зарядът на капки и прахови частици по специални формули. В резултат на тези изследвания беше възможно да се установи, че зарядът на праховите частици или капки винаги се променя на скокове, със строго определена стойност или с размер, кратен на тази стойност.

слайд 6

Абрам Федорович Йофе

Абрам Федорович Йофе е руски физик, който направи много фундаментални открития и проведе огромно количество изследвания, включително в областта на електрониката. Той провежда изследвания върху свойствата на полупроводниковите материали, открива изправящото свойство на прехода метал-диелектрик, което по-късно е обяснено с помощта на теорията за тунелния ефект, предполага възможността за превръщане на светлината в електричество.

Слайд 7

Абрам Федорович е роден на 14 октомври 1980 г. в град Ромни, област Полтава (сега Полтавска област, Украйна) в семейството на търговец. Тъй като бащата на Аврам беше доста богат човек, той не беше скъперник с даването добро образованиена сина му. През 1897 г. Йофе получава средното си образование в реално училище в родния си град. През 1902 г. завършва Санкт Петербург технологичен институти постъпва в Мюнхенския университет в Германия. В Мюнхен той работи под ръководството на самия Вилхелм Конрад Рентген. Вилхелм Конрад, виждайки старанието и не какъвто и да е талант на ученика, се опитва да убеди Абрам да остане в Мюнхен и да продължи научна дейност, но Йофе се оказа патриот на страната си. След като завършва университета през 1906 г., получава степенд-р, той се завръща в Русия.

Слайд 8

В Русия Йофе получава работа в Политехническия институт. През 1911 г. той експериментално определя големината на заряда на електрона, използвайки същия метод като Робърт Миликен (металните частици са балансирани в електрическо и гравитационно поле). Поради факта, че Йофе публикува работата си само две години по-късно, славата на откриването на измерването на заряда на електрона отиде при американския физик. В допълнение към определянето на заряда, Йофе доказа реалността на съществуването на електрони, независимо от материята, изследва магнитно действиеелектронен поток, доказа статичната природа на излъчването на електрони с външен фотоелектричен ефект.

Слайд 9

През 1913 г. Абрам Федорович защитава магистърска, а две години по-късно и докторска дисертация по физика, която е изследване на еластичните и електрически свойства на кварца. В периода от 1916 до 1923 г. той активно изучава механизма електропроводимостразлични кристали. През 1923 г. именно по инициатива на Йофе започва фундаментално изследване и изследване на свойствата на напълно нови по това време материали - полупроводниците. Първата работа в тази област е извършена с прякото участие на руски физик и се отнася до анализа електрически явлениямежду полупроводник и метал. Той открива ректифициращото свойство на прехода метал-полупроводник, което е обосновано само 40 години по-късно с помощта на теорията за тунелния ефект.

Слайд 10

Изследвайки фотоелектричния ефект в полупроводниците, Йофе изрази доста смела идея по това време, че би било възможно да се преобразува светлинната енергия в електрически ток по подобен начин. Това стана предпоставка в бъдеще за създаването на фотоволтаични генератори и по-специално силициеви преобразуватели, използвани впоследствие като част от слънчеви панели. Заедно със своите ученици Абрам Федорович създава система за класифициране на полупроводниците, както и метод за определяне на техните основни електрически и физични свойства. По-специално, изучаването на техните термоелектрични свойства впоследствие стана основа за създаването на полупроводникови термоелектрични хладилници, широко използвани в целия свят в областта на радиоелектрониката, приборостроенето и космическата биология.

слайд 11

Абрам Федорович Йофе направи огромен принос за формирането и развитието на физиката и електрониката. Бил е член на много академии на науките (Берлин и Гьотинген, американска, италианска), както и почетен член на много университети по света. Получава множество награди за своите постижения и изследвания. Абрам Федорович умира на 14 октомври 1960 г.

слайд 12

Миликен Робърт Андрус

Американският физик Робърт Миликън е роден в Морисън (Илинойс) на 22 март 1868 г. в семейството на свещеник. След дипломирането гимназияРобърт постъпва в колежа Оберлин в Охайо. Там интересите му са насочени към математиката и старогръцкия език. За да печели пари, той излага физика в колежа в продължение на две години. 1891 г. Миликан получава бакалавърска степен и 1893 г. магистърска степен по физика.

слайд 13

В Колумбийския университет Миликен учи под ръководството на известния физик М. И. Пупин. Той прекарва едно лято в Чикагския университет, където работи под ръководството на известния експериментален физик Алберт Ейбрахам Майкълсън.

Слайд 14

През 1895 г. той защитава докторска дисертация в Колумбийския университет за изследване на поляризацията на светлината. Следващата година Миликен прекарва в Европа, където се среща с Анри Бекерел, Макс Планк, Уолтър Нернст, А. Поанкаре.

слайд 15

1896 Миликан се завръща в Чикагския университет, където става асистент на Майкълсън. През следващите дванадесет години Миликен написва няколко учебника по физика, които са приети като учебници за колежи и гимназии (с допълнения, те остават такива в продължение на над 50 години). 1910 г. Миликан е назначен за професор по физика.

слайд 16

Робърт Миликън разработи метода на капките, който направи възможно измерването на заряда на отделните електрони и протони (1910 - 1914) голям бройексперименти за точното изчисляване на заряда на електрона. Така той експериментално доказа дискретността на електрическия заряд и за първи път точно определи неговата стойност (4,774 * 10^-10 електростатични единици). Проверено уравнението на Айнщайн за фотоелектричния ефект във видимото и ултравиолетови лъчи, определя константата на Планк (1914).

Слайд 17

1921 г. Миликен е назначен за директор на новата Bridgesive Physical Laboratory и председател на изпълнителния комитет на Калифорнийския технологичен институт. Тук той извършва голяма серия от изследвания на космическите лъчи, по-специално експерименти (1921 - 1922) с въздушни снопове със самозаписващи се електроскопи на височини от 15 500 m. ".

Слайд 18

През 1925-1927г. Миликан демонстрира, че йонизиращият ефект на космическата радиация намалява с дълбочината и потвърди извънземния произход на тези "космически лъчи". Изследвайки траекториите на космическите частици, той разкрива алфа частици, бързи електрони, протони, неутрони, позитрони и гама кванти в тях. Независимо от Вернов, той открива широчинния ефект на космическите лъчи в стратосферата.

Вижте всички слайдове

Идеята за дискретността на електрическия заряд е изразена за първи път от Б. Франклин през 1752 г. Експериментално дискретността на зарядите е обоснована от законите на електролизата, открити от М. Фарадей през 1834 г. Числова стойност елементарен заряд (най-малкият електрически заряд, открит в природата) е теоретично изчислен въз основа на законите на електролизата, използвайки числото на Авогадро. директен експериментално измерванеелементарен заряд е извършен от Р. Миликан в класически експерименти, проведени през 1908 - 1916г. Тези експерименти също предоставиха неопровержимо доказателство атомизъм на електричеството.

Според основните концепции на електронната теория, зарядът на тялото възниква в резултат на промяна в броя на съдържащите се в него електрони (или положителни йони, чийто заряд е кратен на заряда на електрона). Следователно зарядът на всяко тяло трябва да се променя рязко и на такива части, които съдържат цял ​​брой заряди на електрони.

Всички физици се интересуваха от големината на електрическия заряд на електрона и въпреки това досега не беше възможно да се измери. Много опити за извършване на това решаващо измерване вече бяха направени от J. J. Thomson, но бяха изминали десет години работа и асистентът на Thomson G. Wilson съобщи, че след единадесет различни измервания те са получили единадесет различни резултата.

Преди да започне изследвания според собствения си метод, Миликан поставя експерименти според метода, използван в университета в Кеймбридж. Теоретичната част на експеримента беше следната: масата на тялото се определя чрез измерване на налягането, което тялото създава под въздействието на гравитацията върху везните. Ако на безкрайно малка частица материя се даде електрически заряд и ако се приложи възходяща електрическа сила, равно на силатагравитация надолу, тогава тази частица ще бъде в равновесие и физикът може да изчисли големината на електрическия заряд. Ако в този случай електрическият заряд на един електрон се предаде на частицата, ще бъде възможно да се изчисли големината на този заряд.

Теорията на Кеймбридж беше съвсем логична, но физиците не можаха да създадат устройство, с което да бъде възможно да се изследват отделни частици от вещества. Те трябваше да се задоволят с наблюдението на поведението на облак от водни капки, заредени с електричество. В камерата, въздухът от която беше частично отстранен, се създаде облак от пара. Ток беше приложен към горната част на камерата. През определено времекапчиците мъгла в облака се успокоиха. След това през мъглата бяха пропуснати рентгенови лъчи и водните капки получиха електрически заряд.

В същото време изследователите смятат, че електрическата сила, насочена нагоре към капака на камерата под високо напрежение, трябва да предпази капките от падане. Въпреки това, нито едно от трудни условия, при което и само при което частиците могат да бъдат в състояние на равновесие.

Миликън започна да търси нов начинразрешаване на проблем.

Методът се основава на изследване на движението на заредени маслени капчици в еднородно електрическо поле с известна сила E.

Фигура 15.2 Схема на експерименталната настройка: P - капкова пръскачка; K - кондензатор; IP - захранване; М - микроскоп; hn е източникът на излъчване; P - повърхността на масата.

Диаграма на една от инсталациите на Millikan е показана на Фигура 15.1. Millikan измерва електрическия заряд, концентриран върху отделни малки сферични капчици, които се образуват от пръскачката P и придобиват електрически заряд чрез наелектризиране чрез триене в стените на пръскачката. През малък отвор в горната плоча на плоския кондензатор K те паднаха в пространството между плочите. Движението на капката е наблюдавано под микроскоп от М.

За да се предпазят капчиците от конвекционни въздушни потоци, кондензаторът е затворен в защитен кожух, чиято температура и налягане се поддържат постоянни. При провеждане на експерименти трябва да се спазват следните изисквания:

но. капките трябва да са с микроскопичен размер, така че силите, действащи върху капката в различни посоки (нагоре и надолу), да са сравними по големина;

б. зарядът на капката, както и нейните промени по време на облъчване (с помощта на йонизатор), бяха равни на доста малък брой елементарни заряди. Това улеснява установяване на кратността на заряда на спада към елементарния заряд;

в плътността на капката r трябва да бъде по-голяма от плътността на вискозната среда r 0, в която се движи (въздух);

г. Масата на капката не трябва да се променя по време на целия експеримент. За да направите това, маслото, което съставлява капката, не трябва да се изпарява (маслото се изпарява много по-бавно от водата).

Ако плочите на кондензатора не бяха заредени (силност на електрическото поле E = 0), тогава капката бавно падна, движейки се от горната плоча към долната. Веднага след като плочите на кондензатора се заредиха, настъпиха промени в движението на капката: в случай на отрицателен заряд на капката и положителен заряд на горната плоча на кондензатора, падането на капката се забавя и при в някакъв момент той промени посоката на движение към обратната - започна да се издига към горната плоча.

Определяне на елементарния заряд чрез изчислителен експеримент.

Познаване на скоростта на падане на капката в отсъствието електростатично поле(зарядът му не играе роля) и скоростта на падане на капката в дадено и известно електростатично поле, Миликан може да изчисли заряда на капката.

Благодарение на вискозното съпротивление, капката придобива постоянна (стабилна) скорост почти веднага след началото на движението (или промяна в условията на движение) и се движи равномерно. Заради това но= 0 и може да се намери скоростта на падането. Означаваме модула на постоянната скорост при отсъствие на електростатично поле - v g , тогава:

v g = (m – m 0) g/k (16.5).

Ако затворите електрическата верига на кондензатора (фиг. 1), тогава той ще се зареди и в него ще се създаде електростатично поле Е. В този случай върху заряда ще въздейства допълнителна сила q Есочещи нагоре. Законът на Нютон в проекцията върху оста X и като се вземе предвид, че a = 0, ще приеме формата:

-(m – m0) g + q E – k vE = 0 (16.6)

vE = (q E – (m – m0) g/k (16.7),

където vE е постоянната скорост на капката масло в електростатичното поле на кондензатора; v E > 0, ако капката се движи нагоре, v E< 0, если капля движется вниз. Отсюда следует что

q = (vE + |vg|)k/E (16.8),

от това следва, че чрез измерване на стационарни скорости при отсъствие на електростатично поле vg и в негово присъствие vE може да се определи зарядът на капка, ако е известен коефициентът k = 6 p h r.

Изглежда, че за да се намери k, е достатъчно да се измери радиусът на капката (вискозитетът на въздуха е известен от други експерименти). Неговото директно измерване с микроскоп обаче е невъзможно. Радиусът на падане е от порядъка r = 10 -4 – 10 -6 cm, което е сравнимо по порядък с дължината на вълната на светлината. Следователно микроскопът дава само дифракционно изображение на капката, като не позволява да се измери действителният й размер.

Информация за радиуса на капката може да бъде получена от експериментални данни за движението му при липса на електростатично поле. Знаейки v g и вземайки предвид това

m - m 0 \u003d (r - r 0) 4 p r 3 / 3 (16.9),

където r е плътността на капката масло,

r = ((9 h v g)/) 1/2 . (16.10).

В своите експерименти Миликан промени заряда на капката, като донесе парче радий към кондензатор. В този случай радиевата радиация йонизира въздуха в камерата (фиг. 1), в резултат на което капката може да улови допълнителен положителен или отрицателен заряд. Ако преди това капката е била отрицателно заредена, тогава е ясно, че е по-вероятно да прикрепи положителни йони към себе си. От друга страна, поради термично движениене е изключено добавяне на отрицателни йони в резултат на сблъсък с тях. И в двата случая зарядът на капката ще се промени и - рязко - скоростта на нейното движение v E ". Стойността q" на променения заряд на капката в съответствие с (16.10) се дава от съотношението:

q" = (|v g | + v E ") k/E (16.11).

От (1) и (3) се определя стойността на заряда, прикрепен към капката:

Dq = |q – q"| = k·|v E – v E "|/E = k·(|Dv E |/E) (16.12).

Сравнявайки стойностите на заряда на една и съща капка, може да се уверим, че промяната в заряда и зарядът на самата капка са кратни на една и съща стойност e 0 - елементарния заряд. В многобройните си експерименти Миликен получава различни значениязаряди q и q", но те винаги представляват кратно на e 0 = 1,7 . 10 -19 Cl, т.е. q = n e 0 , където n е цяло число. От това Миликан заключи, че стойността на e 0 представлява възможно най-малкото количество електричество в природата, тоест „порция“ или атом електричество. Наблюдение на движението на същата капка, т.е. за движението му надолу (при липса на електрическо поле) и нагоре (при наличие на електрическо поле) във всеки експеримент, Миликан повтаря много пъти, включвайки и изключвайки електрическото поле своевременно. Точността на измерване на заряда на капка зависи основно от точността на измерване на нейната скорост.

След като установи от опит дискретния характер на промяната в електрическия заряд, Р. Миликен успя да потвърди съществуването на електрони и да определи заряда на един електрон (елементарен заряд) с помощта на метода на капка масло.

Съвременен смисъл"атом" на електричество e 0 = 1,602 . 10 -19 С. Тази стойност е елементарният електрически заряд, чиито носители са електронът e 0 = - 1,602 . 10 -19 С и протон е 0 = +1,602 . 10 -19 С. Работата на Миликан направи огромен принос към физиката и даде огромен тласък за развитието на научната мисъл в бъдеще.

тестови въпроси:

1. Каква е същността на метода на Томсън?

2. Схема за експериментална настройка?

3. Тръба на Томсън?

4. Извеждане на формулата за отношението на заряда към масата на частица?

5. Каква е основната задача на електронната и йонната оптика? И как обикновено се наричат?

6. Кога е открит „метода на магнитно фокусиране“?

7. Каква е същността му?

8. Как се определя специфичният заряд на електрона?

9. Начертайте схема на инсталацията според опита на Миликан?

10. Какви изисквания трябва да се спазват при провеждане на експеримента?

11. Определяне на елементарния заряд чрез изчислителен експеримент?

12. Извличане на формулата за падане на заряда по отношение на скоростта на падане?

13. Какво е съвременното значение на "атом" на електричеството?

Детайли Категория: Електричество и магнетизъм Публикувано на 08.06.2015 05:51 Преглеждания: 5425

Една от основните константи във физиката е елементарният електрически заряд. Това скаларенхарактеризиращи способността на физическите тела да участват в електромагнитно взаимодействие.

Елементарният електрически заряд се счита за най-малкият положителен или отрицателен заряд, който не може да бъде разделен. Стойността му е равна на стойността на заряда на електрона.

Фактът, че всеки естествен електрически заряд винаги е равен на цяло число от елементарни заряди, беше предложен през 1752 г. от известния политик Бенджамин Франклин, политик и дипломат, който също се занимаваше с научна и изобретателска дейност, първият американец, който стана член на руска академияНауки.

Бенджамин Франклин

Ако предположението на Франклин е вярно и електрическият заряд на всяко заредено тяло или система от тела се състои от цял ​​брой елементарни заряди, тогава този заряд може да се промени рязко със стойност, съдържаща цял брой заряди на електрони.

За първи път това беше потвърдено и доста точно определено от американски учен, професор от Чикагския университет, Робърт Миликън.

опит в Миликън

Схема на експеримента Миликън

Миликан прави първия си известен експеримент с капка масло през 1909 г. със своя асистент Харви Флетчър. Те казват, че първоначално планирали да направят експеримента с помощта на капки вода, но те се изпарили за няколко секунди, което очевидно не било достатъчно, за да се получи резултат. Тогава Миликен изпрати Флетчър в аптеката, където купи бутилка със спрей и флакон масло за часовник. Това беше достатъчно, за да направи опитът успешен. Впоследствие Миликан получи за него Нобелова наградаи докторска степен на Флетчър.

Робърт Миликън

Харви Флетчър

Какъв беше експериментът на Миликан?

Електрифицирана маслена капчица пада под въздействието на гравитацията между две метални плочи. Но ако между тях се създаде електрическо поле, то ще предпази капката от падане. Чрез измерване на силата на електрическото поле може да се определи зарядът на капката.

Експериментаторите поставиха две метални пластини на кондензатора вътре в съда. Там с помощта на пистолет за пръскане се вкарват най-малките капчици масло, които се зареждат отрицателно по време на пръскане в резултат на триенето им във въздуха.

При липса на електрическо поле капката пада

Под действието на гравитацията F w = mg капчиците започнаха да падат надолу. Но тъй като те не бяха във вакуум, а в среда, тогава силата на въздушното съпротивление им попречи да падат свободно Fres = 6πη rv 0 , където η е вискозитетът на въздуха. Кога Fw И F рез балансирано, падането стана равномерно със скорост v0 . Чрез измерване на тази скорост ученият определи радиуса на капката.

Капчица "плува" под въздействието на електрическо поле

Ако в момента, в който капката падне, върху плочите се приложи напрежение по такъв начин, че горната плоча получи положителен заряд, а долната - отрицателен, капката спря. Той беше възпрепятстван от възникващото електрическо поле. Капките сякаш плуваха. Това се случи, когато властта F r балансиран от силата, действаща от електрическото поле F r = eE ,

където F r- резултантната сила на гравитацията и силата на Архимед.

F r = 4/3 pr 3 ( ρ – ρ 0) ж

ρ е плътността на капката масло;

ρ 0 – плътност на въздуха.

r е радиусът на капката.

знаейки F r И Е , е възможно да се определи стойността д .

Тъй като беше много трудно да се гарантира, че капката остава неподвижна за дълго време, Миликен и Флетчър създадоха поле, в което капката, след като спре, започна да се движи нагоре с много ниска скорост. v . В такъв случай

Експериментите се повтарят многократно. Зарядите се предават на капчиците чрез облъчването им с рентгеново или ултравиолетово устройство. Но всеки път общият заряд на капката винаги е бил равен на няколко елементарни заряда.

През 1911 г. Миликен открива, че зарядът на електрона е 1,5924(17) x 10 -19 C. Ученият е сгрешил само с 1%. Съвременната му стойност е 1,602176487 (10) x 10 -19 C.

Йофе опит

Абрам Федорович Йофе

Трябва да се каже, че почти едновременно с Миликан, но независимо от него, такива експерименти бяха проведени от руския физик Абрам Федорович Йофе. И неговата експериментална настройка беше подобна на тази на Миликан. Но въздухът беше изпомпван от съда и в него се създаде вакуум. И вместо капчици масло, Йофе използва малки заредени частици цинк. Движението им се наблюдава под микроскоп.

Ioffe инсталация

1- тръба

2-камера

3 - метални пластини

4 - микроскоп

5 - ултравиолетов излъчвател

Под действието на електростатично поле зърно цинк падна. Веднага щом гравитацията на праховото зърно стана равна на силата, действаща върху него от електрическото поле, падането спря. Докато зарядът на праховата частица не се променяше, тя продължаваше да виси неподвижно. Но ако е бил изложен на ултравиолетова светлина, тогава зарядът му намалява и балансът се нарушава. Тя отново започна да пада. След това количеството на заряда върху плочите се увеличава. Съответно електрическото поле се увеличи и падането отново спря. Това беше направено няколко пъти. В резултат на това беше установено, че всеки път зарядът на праховата частица се променя с многократно заряда на елементарна частица.

Йофе не е изчислил големината на заряда на тази частица. Но след като проведе подобен експеримент през 1925 г., заедно с физика Н.И. Добронравов, след като леко модифицира пилотната инсталация и използва прахови частици от бисмут вместо цинк, той потвърди теорията