XX सदी की शुरुआत तक। कई स्वतंत्र प्रयोगों में इलेक्ट्रॉनों का अस्तित्व स्थापित किया गया है। लेकिन, विभिन्न द्वारा संचित विशाल प्रयोगात्मक सामग्री के बावजूद वैज्ञानिक स्कूल, इलेक्ट्रॉन, कड़ाई से बोलते हुए, एक काल्पनिक कण बना रहा। कारण यह है कि एक भी प्रयोग ऐसा नहीं था जिसमें एकल इलेक्ट्रॉन भाग लेंगे।
सबसे पहले, इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों को समझाने के लिए इलेक्ट्रॉन एक सुविधाजनक परिकल्पना के रूप में दिखाई दिए, फिर उन्हें एक गैस डिस्चार्ज में खोजा गया, जिसने सभी निकायों में उनके अस्तित्व की पुष्टि की। हालांकि, यह स्पष्ट नहीं था कि भौतिकी एक ही इलेक्ट्रॉन के साथ काम कर रही है, सभी पदार्थों और निकायों के लिए समान है, या क्या एक इलेक्ट्रॉन के गुण "इलेक्ट्रॉन भाइयों" की एक विस्तृत विविधता की औसत विशेषताएं हैं।

इस प्रश्न का उत्तर 1910-1911 में अमेरिकी वैज्ञानिक रॉबर्ट एंड्रयूज मिलिकेन और सोवियत भौतिक विज्ञानी अब्राम फेडोरोविच इओफ ने स्वतंत्र रूप से दिया था। सटीक प्रयोग, जिसमें एकल इलेक्ट्रॉनों का निरीक्षण करना संभव था।
उनके प्रयोगों में, एक बंद बर्तन 1 में, जिस हवा से एक पंप द्वारा एक उच्च वैक्यूम में निकाला गया था, वहां दो क्षैतिज रूप से स्थित थे धातु की प्लेटें 2. ट्यूब 3 के माध्यम से उनके बीच आवेशित धातु धूल के कणों या तेल की बूंदों का एक बादल रखा गया था। उन्हें माइक्रोस्कोप 4 के तहत एक विशेष पैमाने के साथ देखा गया, जिससे उनके बसने (गिरने) का निरीक्षण करना संभव हो गया।
आइए मान लें कि प्लेटों के बीच रखे जाने से पहले धूल के कणों या बूंदों को नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया था। इसलिए, यदि निचली प्लेट को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, और ऊपरी प्लेट को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, तो उनके बसने (गिरने) को रोका जा सकता है। तो उन्होंने एक सूक्ष्मदर्शी के नीचे देखे गए धूल कण (बूंद) के संतुलन को प्राप्त करने के लिए किया।


तब धूल के कणों (बूंदों) का आवेश उन पर पराबैंगनी या . द्वारा क्रिया करके कम किया गया था एक्स-रे. जैसे-जैसे सहायक विद्युत बल कम होता गया, धूल के कण (बूंदें) गिरने लगे। धातु की प्लेटों को एक अतिरिक्त शुल्क की सूचना देना और इस तरह मजबूत करना विद्युत क्षेत्र, धूल के कण को ​​फिर से रोक दिया गया। यह कई बार किया गया था, हर बार धूल के कणों के आवेश की गणना के लिए एक विशेष सूत्र का उपयोग करके।
मिलिकन और इओफ़े के प्रयोगों से पता चला कि बूंदों और धूल के कणों के आवेश हमेशा चरणबद्ध रूप से बदलते हैं। विद्युत आवेश का न्यूनतम "हिस्सा" प्राथमिक है आवेश, ई के बराबर = 1.6 10-19 सी। हालाँकि, धूल के एक दाने का आवेश अपने आप नहीं, बल्कि पदार्थ के एक कण के साथ निकलता है। नतीजतन, प्रकृति में पदार्थ का एक ऐसा कण होता है जिसमें सबसे छोटा चार्ज होता है, फिर पहले से ही अविभाज्य - एक इलेक्ट्रॉन का चार्ज। Ioffe-Milliken प्रयोगों के लिए धन्यवाद, इलेक्ट्रॉन का अस्तित्व एक परिकल्पना से वैज्ञानिक रूप से पुष्टि किए गए तथ्य में बदल गया।
वर्तमान में, अस्तित्व के बारे में जानकारी है प्राथमिक कण(क्वार्क) 1/Ze और 2/Ze के बराबर भिन्नात्मक विद्युत आवेशों के साथ। हालाँकि, किसी भी वस्तु का विद्युत आवेश हमेशा प्राथमिक विद्युत आवेश का पूर्णांक गुणज होता है; एक शरीर से दूसरे शरीर में जाने में सक्षम विद्युत आवेश के अन्य "भाग", अभी तक प्रकृति में प्रयोगात्मक रूप से नहीं पाए गए हैं।

मिलिकन अनुभव- माप अनुभव प्राथमिक विद्युत आवेश(शुल्क इलेक्ट्रॉन) किया गया रॉबर्ट मिलिकेनऔर हार्वे फ्लेचर(अंग्रेज़ी) रूसी 1909 में .

प्रयोग का विचार के बीच संतुलन खोजना है गुरुत्वाकर्षण, स्टोक्स फोर्सऔर विद्युत प्रतिकर्षण. विद्युत क्षेत्र की शक्ति को नियंत्रित करके, मिलिकेन और फ्लेचर ने तेल की छोटी बूंदों को में रखा यांत्रिक संतुलन. कई बूंदों के लिए प्रयोग को दोहराते हुए, वैज्ञानिकों ने पुष्टि की कि बूंद का कुल आवेश कई प्राथमिक आवेशों से बना होता है। 1911 के प्रयोग में इलेक्ट्रॉन आवेश का मान के बराबर निकला क्लोरीन, जो Cl में वर्तमान मान से 1% भिन्न है।

आवश्यक शर्तें

1913 में प्रोफ़ेसर शिकागो विश्वविद्यालयआर. मिलिकेन् सह ग्रन्थकारिता एच. फ्लेचर के साथ उनके अनुभव का एक मसौदा प्रकाशित किया।

इस प्रयोग में, विद्युत क्षेत्र की ताकत को मापा गया, जो दो इलेक्ट्रोडों के बीच तेल की एक आवेशित बूंद को पकड़ सकता है। बूंद का आवेश इस क्षेत्र के मान से मापा जाता था। छिड़काव के दौरान बूंदों को स्वयं विद्युतीकृत किया गया। अनुभव के समय में इसका अस्तित्व स्पष्ट नहीं था सबएटोमिक कण, और अधिकांश भौतिक घटनाएं [ क्या? ] को चार्ज को लगातार बदलती मात्रा मानकर समझाया जा सकता है।

तथाकथित प्रारंभिक प्रभारई मौलिक में से एक है भौतिक स्थिरांकऔर उसे जानो सही मूल्यबहोत महत्वपूर्ण। 1923 में, मिलिकन ने प्राप्त किया नोबेल पुरुस्कारपर भौतिक विज्ञानआंशिक रूप से इस प्रयोग के लिए।

अनुभव विवरण

दो सक्रिय प्लेटों (एक संधारित्र में) के बीच की जगह में, मिलिकन ने तेल की छोटी आवेशित बूंदों को इंजेक्ट किया, जो एक निश्चित विद्युत क्षेत्र में स्थिर हो सकती हैं। संतुलन इस स्थिति में आ गया, जहाँ

गुरुत्वाकर्षण के परिणामी बल और आर्किमिडीज के बल;

, बदले में कहाँ

तेल की बूंद का घनत्व;

इसकी त्रिज्या इस धारणा के तहत है कि बूंद गोलाकार है;

वायु घनत्व

इन सूत्रों से, जानने और, हम पा सकते हैं। छोटी बूंद की त्रिज्या निर्धारित करने के लिए, हमने एक क्षेत्र की अनुपस्थिति में छोटी बूंद के एक समान गिरने की दर को मापा, क्योंकि एकसमान गतिस्थापित किया जाता है जब गुरुत्वाकर्षण बल वायु प्रतिरोध के बल से संतुलित होता है, जहां हवा की चिपचिपाहट होती है।

उस समय बूंद की गतिहीनता को ठीक करना कठिन था, इसलिए स्थिति को संतुष्ट करने वाले क्षेत्र के स्थान पर एक क्षेत्र का उपयोग किया गया, जिसके प्रभाव में बूंद धीमी गति से ऊपर की ओर बढ़ने लगी। जाहिर है, अगर चढ़ाई की दर बराबर है, तो

अनुभव के क्रम में, महत्वपूर्ण तथ्य: मिलिकन द्वारा प्राप्त सभी मान समान मान के गुणक निकले। इस प्रकार, यह प्रयोगात्मक रूप से दिखाया गया था कि आवेश एक असतत मात्रा है।

ग्रेड 11-ए कोश नंबर 125 कोनोवलोवा क्रिस्टीना के छात्र द्वारा तैयार किया गया

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Ioffe का अनुभव - मिलिकन अब्राम फेडोरोविच Ioffe रॉबर्ट एंड्रयूजमिलिकेन

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Ioffe-Milliken अनुभव

19वीं शताब्दी के अंत तक, बहुत विविध प्रयोगों में, यह स्थापित किया गया था कि एक ऋणात्मक आवेश का एक निश्चित वाहक होता है, जिसे इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। हालाँकि, यह वास्तव में एक काल्पनिक इकाई थी, क्योंकि बहुतायत के बावजूद व्यावहारिक सामग्री, एक भी इलेक्ट्रॉन को शामिल करने वाला एक भी प्रयोग नहीं किया गया है। यह ज्ञात नहीं था कि के लिए इलेक्ट्रॉनों की किस्में थीं या नहीं विभिन्न पदार्थया यह हमेशा समान होता है, इलेक्ट्रॉन किस आवेश को वहन करता है, क्या आवेश कण से अलग हो सकता है। सामान्य तौर पर, वैज्ञानिक समुदाय में इलेक्ट्रॉन के बारे में गरमागरम बहसें होती थीं, और कोई पर्याप्त व्यावहारिक आधार नहीं था जो सभी बहसों को स्पष्ट रूप से रोक सके।

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यह चित्र ए. एफ. इओफ़े द्वारा प्रयोग में प्रयुक्त संस्थापन का आरेख दिखाता है। एक बंद बर्तन में, जिस हवा से एक उच्च निर्वात में निकाला गया था, वहां दो धातु की प्लेटें P क्षैतिज रूप से रखी गई थीं। कक्ष A से छेद O से प्लेटों के बीच के स्थान में जस्ता के छोटे आवेशित धूल के कण प्राप्त हुए। ये धूल के कण माइक्रोस्कोप के नीचे देखे गए।

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तो, निर्वात में आवेशित धूल के कण और बूंदें ऊपर की प्लेट से नीचे की ओर गिरेंगी, लेकिन इस प्रक्रिया को रोका जा सकता है यदि ऊपर की प्लेट को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाए और नीचे की प्लेट को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाए। परिणामी विद्युत क्षेत्र आवेशित कणों पर कूलम्ब बलों द्वारा कार्य करेगा, उन्हें गिरने से रोकेगा। चार्ज की मात्रा को समायोजित करके, उन्होंने सुनिश्चित किया कि धूल के कण प्लेटों के बीच में मँडराते रहे। इसके बाद, धूल के कणों या बूंदों के आवेश को एक्स-रे या पराबैंगनी प्रकाश से विकिरणित करके कम किया गया। चार्ज खोने से धूल के कण फिर से गिरने लगे, प्लेटों के चार्ज को समायोजित करके उन्हें फिर से रोक दिया गया। विशेष सूत्रों का उपयोग करके बूंदों और धूल कणों के आवेश की गणना करते हुए इस प्रक्रिया को कई बार दोहराया गया। इन अध्ययनों के परिणामस्वरूप, यह स्थापित करना संभव था कि धूल के दानों या बूंदों का आवेश हमेशा कूद में, एक कड़ाई से परिभाषित मूल्य द्वारा, या इस मूल्य के गुणक के आकार से बदलता रहता है।

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अब्राम फेडोरोविच इओफ़ेस

अब्राम फेडोरोविच इओफ़े एक रूसी भौतिक विज्ञानी हैं जिन्होंने कई मौलिक खोजें कीं और इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में बड़ी मात्रा में शोध किया। उन्होंने अर्धचालक पदार्थों के गुणों पर शोध किया, धातु-ढांकता हुआ संक्रमण की सुधारात्मक संपत्ति की खोज की, जिसे बाद में सुरंग प्रभाव सिद्धांत का उपयोग करके समझाया गया, प्रकाश को परिवर्तित करने की संभावना का सुझाव दिया बिजली.

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अब्राम फेडोरोविच का जन्म 14 अक्टूबर 1980 को रोमी शहर, पोल्टावा प्रांत (अब पोल्टावा क्षेत्र, यूक्रेन) में एक व्यापारी के परिवार में हुआ था। चूँकि अब्राम का पिता काफी धनी व्यक्ति था, वह देने में कंजूस नहीं था एक अच्छी शिक्षाउसके बेटे को। 1897 में, Ioffe ने अपनी माध्यमिक शिक्षा अपने पैतृक शहर के एक वास्तविक स्कूल में प्राप्त की। 1902 में उन्होंने सेंट पीटर्सबर्ग . से स्नातक किया तकनीकी संस्थानऔर जर्मनी में म्यूनिख विश्वविद्यालय में प्रवेश किया। म्यूनिख में, वह स्वयं विल्हेम कॉनराड रोएंटजेन के निर्देशन में काम करता है। विल्हेम कॉनराड, किसी भी तरह से छात्र की प्रतिभा को देखकर, अब्राम को म्यूनिख में रहने और जारी रखने के लिए मनाने की कोशिश कर रहा है वैज्ञानिक गतिविधि, लेकिन Ioffe अपने देश का देशभक्त निकला। 1906 में विश्वविद्यालय से स्नातक होने के बाद, प्राप्त किया डिग्रीपीएचडी, वह रूस लौट आया।

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रूस में, Ioffe को पॉलिटेक्निक संस्थान में नौकरी मिलती है। 1911 में, उन्होंने रॉबर्ट मिलिकेन (धातु के कण विद्युत और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में संतुलित थे) के समान विधि का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन आवेश के परिमाण को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया। इस तथ्य के कारण कि Ioffe ने अपना काम केवल दो साल बाद प्रकाशित किया, इलेक्ट्रॉन आवेश के मापन की खोज का गौरव अमेरिकी भौतिक विज्ञानी के पास गया। चार्ज का निर्धारण करने के अलावा, Ioffe ने पदार्थ की परवाह किए बिना इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की वास्तविकता को साबित किया, जांच की चुंबकीय क्रियाइलेक्ट्रॉन प्रवाह, बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाले इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की स्थिर प्रकृति को साबित करता है।

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1913 में, अब्राम फेडोरोविच ने अपने गुरु का बचाव किया, और दो साल बाद भौतिकी में अपने डॉक्टरेट शोध प्रबंध, जो क्वार्ट्ज के लोचदार और विद्युत गुणों का अध्ययन था। 1916 से 1923 की अवधि में, उन्होंने सक्रिय रूप से तंत्र का अध्ययन किया इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटीविभिन्न क्रिस्टल। 1923 में, Ioffe की पहल पर, उस समय पूरी तरह से नई सामग्री के गुणों का मौलिक अनुसंधान और अध्ययन शुरू हुआ - अर्धचालक। इस क्षेत्र में पहला काम एक रूसी भौतिक विज्ञानी की प्रत्यक्ष भागीदारी के साथ किया गया था और विश्लेषण से संबंधित था विद्युत घटनाअर्धचालक और धातु के बीच। उन्होंने धातु-अर्धचालक संक्रमण की सुधारात्मक संपत्ति की खोज की, जिसे केवल 40 साल बाद सुरंग प्रभाव के सिद्धांत का उपयोग करके प्रमाणित किया गया था।

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अर्धचालकों में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की जांच करते हुए, Ioffe ने उस समय एक साहसिक विचार व्यक्त किया कि इसी तरह प्रकाश ऊर्जा को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित करना संभव होगा। यह भविष्य में फोटोवोल्टिक जनरेटर और विशेष रूप से सिलिकॉन कन्वर्टर्स के निर्माण के लिए एक शर्त बन गया, जिसे बाद में इसके हिस्से के रूप में इस्तेमाल किया गया। सौर पेनल्स. अपने छात्रों के साथ, अब्राम फेडोरोविच अर्धचालकों को वर्गीकृत करने के लिए एक प्रणाली बनाता है, साथ ही साथ उनके मुख्य विद्युत और निर्धारित करने के लिए एक विधि भी बनाता है। भौतिक गुण. विशेष रूप से, उनके थर्मोइलेक्ट्रिक गुणों का अध्ययन बाद में सेमीकंडक्टर थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर के निर्माण का आधार बन गया, जिसका व्यापक रूप से रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स, इंस्ट्रूमेंटेशन और अंतरिक्ष जीव विज्ञान के क्षेत्र में दुनिया भर में उपयोग किया जाता है।

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अब्राम फेडोरोविच इओफ़े ने भौतिकी और इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण और विकास में बहुत बड़ा योगदान दिया। वह विज्ञान की कई अकादमियों (बर्लिन और गोएटिंगेन, अमेरिकी, इतालवी) के सदस्य होने के साथ-साथ दुनिया भर के कई विश्वविद्यालयों के मानद सदस्य भी थे। उन्हें उनकी उपलब्धियों और शोध के लिए कई पुरस्कार मिले हैं। 14 अक्टूबर, 1960 को अब्राम फेडोरोविच का निधन हो गया।

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मिलिकेन रॉबर्ट एंड्रस

अमेरिकी भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट मिलिकेन का जन्म 22 मार्च, 1868 को मॉरिसन (इलिनोइस) में एक पुजारी के परिवार में हुआ था। स्नातक स्तर की पढ़ाई के बाद उच्च विद्यालयरॉबर्ट ओहियो में ओबेरलिन कॉलेज में प्रवेश करता है। वहां, उनकी रुचि गणित और प्राचीन यूनानी पर केंद्रित थी। पैसे कमाने के लिए उन्होंने दो साल तक कॉलेज में फिजिक्स की व्याख्या की। 1891 मिलिकन ने स्नातक की उपाधि प्राप्त की और 1893 में भौतिकी में स्नातकोत्तर की उपाधि प्राप्त की।

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कोलंबिया विश्वविद्यालय में, मिलिकेन ने प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी एम.आई. पुपिन के मार्गदर्शन में अध्ययन किया। उन्होंने एक गर्मी शिकागो विश्वविद्यालय में बिताई, जहाँ उन्होंने प्रसिद्ध प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी अल्बर्ट अब्राहम माइकलसन के अधीन काम किया।

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1895 में, उन्होंने प्रकाश के ध्रुवीकरण के अध्ययन पर कोलंबिया विश्वविद्यालय में अपनी डॉक्टरेट थीसिस का बचाव किया। मिलिकेन ने अगले साल यूरोप में बिताया, जहां उनकी मुलाकात हेनरी बेकरेल, मैक्स प्लैंक, वाल्टर नर्नस्ट, ए पोंकारे से हुई।

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1896 मिलिकन शिकागो विश्वविद्यालय लौट आए, जहां वे माइकलसन के सहायक बने। अगले बारह वर्षों में, मिलिकेन ने कई भौतिकी पाठ्यपुस्तकें लिखीं जिन्हें कॉलेजों और हाई स्कूलों के लिए पाठ्यपुस्तकों के रूप में स्वीकार किया गया था (अतिरिक्त के साथ, वे 50 से अधिक वर्षों तक बने रहे)। 1910 मिलिकन को भौतिकी का प्रोफेसर नियुक्त किया गया।

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रॉबर्ट मिलिकन ने ड्रॉप विधि विकसित की, जिससे व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के आवेश को मापना संभव हो गया (1910 - 1914) एक बड़ी संख्या कीइलेक्ट्रॉन आवेश की सटीक गणना पर प्रयोग। इस प्रकार, उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से विद्युत आवेश की विसंगति को साबित किया और पहली बार इसके मूल्य (4.774 * 10^-10 इलेक्ट्रोस्टैटिक इकाइयों) को सही ढंग से निर्धारित किया। दृश्य में प्रकाश-विद्युत प्रभाव के लिए आइंस्टीन के समीकरण की जाँच की और पराबैंगनी किरण, निर्धारित प्लैंक स्थिरांक (1914)।

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1921 मिलिकेन को नई ब्रिजसिव फिजिकल लेबोरेटरी का निदेशक और कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की कार्यकारी समिति का अध्यक्ष नियुक्त किया गया। यहां उन्होंने 15,500 मीटर की ऊंचाई पर सेल्फ-रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोस्कोप के साथ एयर शीव के साथ विशेष प्रयोगों (1921 - 1922) में कॉस्मिक किरणों के अध्ययन की एक बड़ी श्रृंखला का प्रदर्शन किया।

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1925-1927 के दौरान। मिलिकन ने प्रदर्शित किया कि ब्रह्मांडीय विकिरण का आयनीकरण प्रभाव गहराई के साथ घटता जाता है और इन "कॉस्मिक किरणों" की अलौकिक उत्पत्ति की पुष्टि करता है। ब्रह्मांडीय कणों के प्रक्षेप पथ की खोज करते हुए, उन्होंने उनमें अल्फा कण, तेज इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, पॉज़िट्रॉन और गामा क्वांटा का खुलासा किया। वर्नोव से स्वतंत्र रूप से, उन्होंने समताप मंडल में ब्रह्मांडीय किरणों के अक्षांशीय प्रभाव की खोज की।

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विद्युत आवेश की विसंगति का विचार पहली बार 1752 में बी। फ्रैंकलिन द्वारा व्यक्त किया गया था। प्रायोगिक रूप से, आवेशों की विसंगति को 1834 में एम। फैराडे द्वारा खोजे गए इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों द्वारा प्रमाणित किया गया था। संख्यात्मक मान प्रारंभिक प्रभार (प्रकृति में पाया जाने वाला सबसे छोटा विद्युत आवेश) सैद्धांतिक रूप से एवोगैड्रो की संख्या का उपयोग करके इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों के आधार पर गणना की गई थी। सीधे प्रयोगात्मक माप 1908 - 1916 में किए गए शास्त्रीय प्रयोगों में आर। मिलिकन द्वारा प्राथमिक चार्ज किया गया था। इन प्रयोगों ने अकाट्य प्रमाण भी प्रदान किए बिजली का परमाणुवाद.

इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत की मूल अवधारणाओं के अनुसार, किसी पिंड का आवेश उसमें निहित इलेक्ट्रॉनों की संख्या में परिवर्तन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है (या धनात्मक आयन, जिसका आवेश इलेक्ट्रॉन के आवेश का गुणज होता है)। इसलिए, किसी भी पिंड का आवेश अचानक और ऐसे भागों में बदलना चाहिए जिनमें इलेक्ट्रॉन आवेशों की पूर्णांक संख्या हो।

सभी भौतिक विज्ञानी इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश के परिमाण में रुचि रखते थे, और, फिर भी, अभी तक इसे मापना संभव नहीं है। इस निर्णायक माप को करने के कई प्रयास जे. जे. थॉमसन द्वारा पहले ही किए जा चुके थे, लेकिन दस साल का काम बीत चुका था, और थॉमसन के सहायक जी। विल्सन ने बताया कि ग्यारह अलग-अलग मापों के बाद उन्होंने ग्यारह अलग-अलग परिणाम प्राप्त किए थे।

अपनी ही पद्धति के अनुसार शोध शुरू करने से पहले, मिलिकन ने कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में प्रयोग की जाने वाली विधि के अनुसार प्रयोग स्थापित किए। प्रयोग का सैद्धांतिक हिस्सा इस प्रकार था: तराजू पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में शरीर द्वारा उत्पादित दबाव को मापकर शरीर का द्रव्यमान निर्धारित किया गया था। यदि पदार्थ के एक अतिसूक्ष्म कण को ​​विद्युत आवेश दिया जाता है और यदि ऊपर की ओर विद्युत बल लगाया जाता है, ताकत के बराबरनीचे की ओर गुरुत्वाकर्षण है, तो यह कण संतुलन में होगा, और भौतिक विज्ञानी विद्युत आवेश के परिमाण की गणना कर सकता है। यदि इस स्थिति में कण को ​​एक इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश लगाया जाता है, तो इस आवेश के परिमाण की गणना करना संभव होगा।

कैम्ब्रिज सिद्धांत काफी तार्किक था, लेकिन भौतिक विज्ञानी ऐसा उपकरण नहीं बना सके जिससे पदार्थों के अलग-अलग कणों का अध्ययन करना संभव हो। उन्हें बिजली से चार्ज पानी की बूंदों के बादल के व्यवहार को देखकर संतुष्ट होना पड़ा। कक्ष में, जिस हवा से आंशिक रूप से हटा दिया गया था, भाप का एक बादल बनाया गया था। वर्तमान कक्ष के शीर्ष पर लागू किया गया था। द्वारा कुछ समयबादल में धुंध की बूंदें शांत हो गईं। फिर कोहरे के माध्यम से एक्स-रे पारित किए गए, और पानी की बूंदों को एक विद्युत आवेश प्राप्त हुआ।

उसी समय, शोधकर्ताओं का मानना ​​​​था कि उच्च वोल्टेज के तहत चैम्बर कवर के लिए ऊपर की ओर निर्देशित विद्युत बल को बूंदों को गिरने से रोकना चाहिए। हालांकि, इनमें से कोई नहीं कठिन परिस्थितियां, जिसके तहत, और केवल जिसके तहत कण संतुलन की स्थिति में हो सकते हैं।

मिलिकेन ने देखना शुरू किया नया रास्तासमस्या को सुलझाना।

यह विधि ज्ञात शक्ति E के एकसमान विद्युत क्षेत्र में आवेशित तेल की बूंदों की गति के अध्ययन पर आधारित है।

चित्र 15.2 प्रायोगिक सेटअप की योजना: पी - ड्रॉप स्प्रेयर; के - संधारित्र; आईपी ​​- बिजली की आपूर्ति; एम - माइक्रोस्कोप; एचएन विकिरण स्रोत है; पी - तालिका की सतह।

मिलिकन के किसी एक संस्थापन का आरेख चित्र 15.1 में दिखाया गया है। मिलिकन ने स्प्रेयर पी द्वारा बनाई गई व्यक्तिगत छोटी गोलाकार बूंदों पर केंद्रित विद्युत आवेश को मापा और स्प्रेयर की दीवारों के खिलाफ घर्षण द्वारा विद्युतीकरण द्वारा विद्युत आवेश प्राप्त किया। फ्लैट कैपेसिटर K की ऊपरी प्लेट में एक छोटे से छेद के माध्यम से, वे प्लेटों के बीच की जगह में गिर गए। ड्रॉप की गति को माइक्रोस्कोप के तहत एम.

बूंदों को संवहन वायु धाराओं से बचाने के लिए, कंडेनसर एक सुरक्षात्मक आवरण में संलग्न होता है, जिसका तापमान और दबाव स्थिर रहता है। प्रयोग करते समय, निम्नलिखित आवश्यकताओं का पालन किया जाना चाहिए:

ए। बूंदों का आकार सूक्ष्म होना चाहिए ताकि विभिन्न दिशाओं (ऊपर और नीचे) में बूंद पर कार्य करने वाले बल परिमाण में तुलनीय हों;

बी। बूंद का प्रभार, साथ ही विकिरण के दौरान इसके परिवर्तन (एक आयनकार का उपयोग करके), प्राथमिक शुल्कों की काफी कम संख्या के बराबर थे। इससे ड्रॉप के चार्ज की बहुलता को प्राथमिक चार्ज पर स्थापित करना आसान हो जाता है;

में। बूंद r का घनत्व चिपचिपा माध्यम r 0 के घनत्व से अधिक होना चाहिए जिसमें यह चलता है (वायु);

घ. पूरे प्रयोग के दौरान बूंद का द्रव्यमान नहीं बदलना चाहिए। ऐसा करने के लिए, बूंद बनाने वाला तेल वाष्पित नहीं होना चाहिए (तेल पानी की तुलना में बहुत अधिक धीरे-धीरे वाष्पित होता है)।

यदि संधारित्र प्लेटों को चार्ज नहीं किया गया था (विद्युत क्षेत्र की ताकत ई = 0), तो बूंद धीरे-धीरे गिरती है, ऊपरी प्लेट से निचली प्लेट की ओर बढ़ती है। जैसे ही संधारित्र प्लेटों को चार्ज किया गया, ड्रॉप की गति में परिवर्तन हुआ: ड्रॉप पर एक नकारात्मक चार्ज और कैपेसिटर की ऊपरी प्लेट पर एक सकारात्मक चार्ज के मामले में, ड्रॉप का गिरना धीमा हो गया, और पर किसी समय इसने गति की दिशा को विपरीत दिशा में बदल दिया - यह ऊपरी प्लेट की ओर बढ़ने लगी।

एक कम्प्यूटेशनल प्रयोग के माध्यम से प्रारंभिक चार्ज का निर्धारण।

अनुपस्थिति में बूंद के गिरने की दर जानना इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र(इसके चार्ज ने कोई भूमिका नहीं निभाई) और किसी दिए गए और ज्ञात इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में ड्रॉप के गिरने की दर, मिलिकन ड्रॉप के चार्ज की गणना कर सकता था।

चिपचिपा प्रतिरोध के कारण, गति की शुरुआत (या गति की स्थितियों में बदलाव) के लगभग तुरंत बाद बूंद एक स्थिर (स्थिर) गति प्राप्त कर लेती है और समान रूप से चलती है। होने के कारण ए= 0, और बूंद का वेग ज्ञात किया जा सकता है। हम स्थिर गति के मॉड्यूल को इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की अनुपस्थिति में निरूपित करते हैं - v g , फिर:

वी जी = (एम - एम 0) जी / के (16.5)।

यदि आप संधारित्र के विद्युत परिपथ को बंद कर देते हैं (चित्र 1), तो यह आवेशित हो जाएगा और इसमें एक स्थिरवैद्युत क्षेत्र निर्मित हो जाएगा। इ. इस मामले में, चार्ज पर एक अतिरिक्त बल q . द्वारा कार्रवाई की जाएगी इऊपर की ओर करना। X अक्ष पर प्रक्षेपण में न्यूटन का नियम और इस बात को ध्यान में रखते हुए कि a = 0, रूप लेगा:

-(एम - एम0) जी + क्यू ई - के वीई = 0 (16.6)

वीई = (क्यू ई - (एम - एम0) जी / के (16.7),

जहां वीई संधारित्र के इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में तेल की बूंद का स्थिर वेग है; v E > 0 यदि बूँद ऊपर की ओर जाती है, v E< 0, если капля движется вниз. Отсюда следует что

क्यू = (वीई + |वीजी|)के/ई (16.8),

यह इस प्रकार है कि एक स्थिर-राज्य वेग को मापने के द्वारा एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र vg की अनुपस्थिति में और इसकी उपस्थिति में vE, कोई एक बूंद का चार्ज निर्धारित कर सकता है यदि गुणांक k = 6 p h r ज्ञात हो।

ऐसा लगता है कि k को खोजने के लिए, बूंद की त्रिज्या को मापने के लिए पर्याप्त है (हवा की चिपचिपाहट अन्य प्रयोगों से जानी जाती है)। हालांकि, माइक्रोस्कोप से इसका सीधा माप असंभव है। बूंद त्रिज्या परिमाण r = 10 -4 - 10 -6 सेमी के क्रम का है, जो प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के परिमाण के क्रम में तुलनीय है। इसलिए, माइक्रोस्कोप केवल बूंद की एक विवर्तन छवि देता है, इसके वास्तविक आकार को मापने की अनुमति नहीं देता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की अनुपस्थिति में इसकी गति पर प्रयोगात्मक डेटा से ड्रॉप त्रिज्या के बारे में जानकारी प्राप्त की जा सकती है। वी जी को जानना और उसे ध्यान में रखना

एम - एम 0 \u003d (आर - आर 0) 4 पी आर 3/3 (16.9),

जहां r तेल की बूंद का घनत्व है,

आर = ((9 एच वी जी)/) 1/2। (16.10)।

अपने प्रयोगों में, मिलिकन ने रेडियम के एक टुकड़े को संधारित्र में लाकर बूंद के आवेश को बदल दिया। इस मामले में, रेडियम विकिरण ने कक्ष में हवा को आयनित किया (चित्र 1), जिसके परिणामस्वरूप ड्रॉप एक अतिरिक्त सकारात्मक या नकारात्मक चार्ज पर कब्जा कर सकता है। यदि इससे पहले ड्रॉप को नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया था, तो यह स्पष्ट है कि इसके सकारात्मक आयनों को अपने आप में संलग्न करने की अधिक संभावना है। दूसरी ओर, के कारण तापीय गतिउनके साथ टकराव के परिणामस्वरूप नकारात्मक आयनों का योग शामिल नहीं है। दोनों ही मामलों में, ड्रॉप का चार्ज बदल जाएगा और - अचानक - इसके आंदोलन की गति v E "। मूल्य q" के अनुसार ड्रॉप के बदले हुए चार्ज का मान (16.10) संबंध द्वारा दिया गया है:

क्यू" = (|वी जी | + वी ई ") के/ई (16.11)।

(1) और (3) से छोटी बूंद से जुड़े आवेश का मान निर्धारित किया जाता है:

Dq = |q - q"| = k·|v E - v E "|/E = k·(|Dv E |/E) (16.12)।

एक ही बूंद के आवेश मानों की तुलना करने पर, कोई यह सुनिश्चित कर सकता है कि आवेश में परिवर्तन और बूंद का आवेश एक ही मान e 0 - प्राथमिक आवेश के गुणज हैं। अपने कई प्रयोगों में, मिलिकेन ने प्राप्त किया विभिन्न अर्थचार्ज q और q", लेकिन वे हमेशा e 0 = 1.7 . के गुणज का प्रतिनिधित्व करते हैं . 10 -19 Cl, यानी q = n e 0, जहाँ n एक पूर्णांक है। इससे, मिलिकन ने निष्कर्ष निकाला कि ई 0 का मान प्रकृति में संभव बिजली की सबसे छोटी मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है, जो कि "हिस्सा" या बिजली का परमाणु है। एक ही बूंद की गति का अवलोकन, अर्थात्। प्रत्येक प्रयोग में नीचे (विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में) और ऊपर (विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में) की गति के लिए, मिलिकन ने कई बार दोहराया, विद्युत क्षेत्र को समय पर चालू और बंद किया। एक बूंद के आवेश को मापने की सटीकता अनिवार्य रूप से उसके वेग को मापने की सटीकता पर निर्भर करती है।

विद्युत आवेश में परिवर्तन की असतत प्रकृति के अनुभव से स्थापित होने के बाद, आर। मिलिकेन इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की पुष्टि करने और तेल ड्रॉप विधि का उपयोग करके एक इलेक्ट्रॉन (प्राथमिक आवेश) के आवेश को निर्धारित करने में सक्षम थे।

आधुनिक अर्थबिजली का "परमाणु" e 0 = 1.602 . 10 -19 सी. यह मान प्राथमिक विद्युत आवेश है, जिसके वाहक इलेक्ट्रॉन e 0 = - 1.602 . हैं . 10 -19 सी और प्रोटॉन ई 0 = +1.602 . 10 -19 सी. मिलिकन के काम ने भौतिकी में बहुत बड़ा योगदान दिया और भविष्य में वैज्ञानिक विचारों के विकास को जबरदस्त प्रोत्साहन दिया।

परीक्षण प्रश्न:

1. थॉमसन पद्धति का सार क्या है?

2. प्रायोगिक सेटअप योजना?

3. थॉमसन ट्यूब?

4. किसी कण के द्रव्यमान से आवेश के अनुपात के सूत्र की व्युत्पत्ति?

5. इलेक्ट्रॉन और आयन प्रकाशिकी का मुख्य कार्य क्या है? और उन्हें आमतौर पर क्या कहा जाता है?

6. "चुंबकीय फोकस करने की विधि" की खोज कब की गई थी?

7. इसका सार क्या है?

8. इलेक्ट्रॉन का विशिष्ट आवेश कैसे निर्धारित किया जाता है?

9. मिलिकन के अनुभव के अनुसार संस्थापन का चित्र बनाइए?

10. प्रयोग करते समय किन आवश्यकताओं का पालन करना चाहिए?

11. एक कम्प्यूटेशनल प्रयोग के माध्यम से प्रारंभिक चार्ज का निर्धारण?

12. ड्रॉप फॉल रेट के संदर्भ में ड्रॉप चार्ज फॉर्मूला की व्युत्पत्ति?

13. विद्युत के "परमाणु" का आधुनिक अर्थ क्या है?

विवरण श्रेणी: बिजली और चुंबकत्व 06/08/2015 को पोस्ट किया गया 05:51 दृश्य: 5425

भौतिकी में मूलभूत स्थिरांकों में से एक प्राथमिक विद्युत आवेश है। ये है अदिशविद्युत चुम्बकीय संपर्क में भाग लेने के लिए भौतिक निकायों की क्षमता की विशेषता।

प्राथमिक विद्युत आवेश को सबसे छोटा धनात्मक या ऋणात्मक आवेश माना जाता है जिसे विभाजित नहीं किया जा सकता है। इसका मान इलेक्ट्रॉन आवेश के मान के बराबर होता है।

तथ्य यह है कि कोई भी स्वाभाविक रूप से होने वाला विद्युत आवेश हमेशा प्रारंभिक शुल्कों की एक पूर्णांक संख्या के बराबर होता है, जिसका सुझाव 1752 में प्रसिद्ध राजनीतिज्ञ बेंजामिन फ्रैंकलिन, एक राजनीतिज्ञ और राजनयिक द्वारा दिया गया था, जो वैज्ञानिक और आविष्कारशील गतिविधियों में भी लगे हुए थे, जो पहले अमेरिकी सदस्य बने थे। का रूसी अकादमीविज्ञान।

बेंजामिन फ्रैंकलिन

यदि फ्रैंकलिन की धारणा सही है, और किसी भी आवेशित शरीर या निकायों के विद्युत आवेश में प्रारंभिक आवेशों की एक पूर्णांक संख्या होती है, तो यह आवेश एक पूर्णांक संख्या में इलेक्ट्रॉन आवेशों वाले मान से अचानक बदल सकता है।

पहली बार, यह एक अमेरिकी वैज्ञानिक, शिकागो विश्वविद्यालय के एक प्रोफेसर, रॉबर्ट मिलिकेन द्वारा पुष्टि और काफी सटीक रूप से निर्धारित किया गया था।

मिलिकन अनुभव

मिलिकन प्रयोग की योजना

मिलिकन ने अपना पहला प्रसिद्ध तेल ड्रॉप प्रयोग 1909 में अपने सहायक हार्वे फ्लेचर के साथ किया। वे कहते हैं कि पहले तो उन्होंने पानी की बूंदों की मदद से प्रयोग करने की योजना बनाई, लेकिन कुछ ही सेकंड में वे वाष्पित हो गए, जो स्पष्ट रूप से परिणाम प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं था। फिर मिलिकेन ने फ्लेचर को फार्मेसी भेजा, जहां उन्होंने एक स्प्रे बोतल और घड़ी के तेल की एक शीशी खरीदी। अनुभव को सफल बनाने के लिए यह पर्याप्त था। इसके बाद, मिलिकन ने उसके लिए प्राप्त किया नोबेल पुरुस्कार, और फ्लेचर के पीएच.डी.

रॉबर्ट मिलिकेन

हार्वे फ्लेचर

मिलिकन प्रयोग क्या था?

एक विद्युतीकृत तेल की बूंद दो धातु प्लेटों के बीच गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में नीचे गिरती है। लेकिन अगर उनके बीच एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाए, तो यह बूंद को गिरने से रोकेगा। विद्युत क्षेत्र की शक्ति को मापकर, कोई बूंद का आवेश निर्धारित कर सकता है।

प्रयोगकर्ताओं ने बर्तन के अंदर संधारित्र की दो धातु की प्लेटें रखीं। स्प्रे गन की मदद से तेल की छोटी-छोटी बूंदें वहां डाली गईं, जो हवा के खिलाफ घर्षण के परिणामस्वरूप छिड़काव के दौरान नकारात्मक रूप से चार्ज हो गईं।

विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में बूंद गिरती है

गुरुत्वाकर्षण F w = mg की क्रिया के तहत बूंदें नीचे गिरने लगीं। लेकिन चूंकि वे निर्वात में नहीं थे, बल्कि एक माध्यम में थे, इसलिए वायु प्रतिरोध के बल ने उन्हें स्वतंत्र रूप से गिरने से रोक दिया फ्रेज़ = 6πη आरवी 0 , कहाँ पे η हवा की चिपचिपाहट है। कब परिवार कल्याण और एफ रेसो संतुलित, गिरावट गति के साथ एक समान हो गई v0 . इस गति को मापकर वैज्ञानिक ने बूंद की त्रिज्या निर्धारित की।

एक छोटी बूंद एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में "तैरती है"

यदि इस समय बूंद गिरती है, तो प्लेटों पर वोल्टेज इस तरह लगाया जाता है कि ऊपरी प्लेट को सकारात्मक चार्ज प्राप्त होता है और निचली प्लेट को नकारात्मक चार्ज होता है, ड्रॉप बंद हो जाता है। उसे उभरते विद्युत क्षेत्र से रोका गया था। बूंदे तैरती नजर आ रही थीं। यह तब हुआ जब सत्ता एफ र विद्युत क्षेत्र से कार्य करने वाले बल द्वारा संतुलित एफ आर = ईई ,

कहाँ पे एफ आर- गुरुत्वाकर्षण का परिणामी बल और आर्किमिडीज का बल।

एफ आर = 4/3 जनसंपर्क 3 ( ρ – ρ 0) जी

ρ तेल की बूंद का घनत्व है;

ρ 0 – वायु घनत्व।

आर बूंद की त्रिज्या है।

जानने एफ र और इ , मूल्य निर्धारित करना संभव है इ .

चूंकि यह सुनिश्चित करना बहुत मुश्किल था कि छोटी बूंद लंबे समय तक स्थिर रहे, मिलिकेन और फ्लेचर ने एक ऐसा क्षेत्र बनाया जिसमें छोटी बूंद रुकने के बाद बहुत कम गति से ऊपर की ओर बढ़ने लगी। वी . इस मामले में

प्रयोग कई बार दोहराए गए। बूंदों को एक्स-रे या पराबैंगनी उपकरण से विकिरणित करके आरोप लगाए गए थे। लेकिन हर बार बूंद का कुल चार्ज हमेशा कई प्राथमिक शुल्कों के बराबर होता था।

1911 में, मिलिकेन ने पाया कि एक इलेक्ट्रॉन का आवेश 1.5924(17) x 10 -19 C होता है। वैज्ञानिक केवल 1% गलत था। इसका आधुनिक मान 1.602176487 (10) x 10 -19 सी है।

Ioffe अनुभव

अब्राम फेडोरोविच इओफ़ेस

यह कहा जाना चाहिए कि लगभग एक साथ मिलिकन के साथ, लेकिन उनसे स्वतंत्र रूप से, इस तरह के प्रयोग रूसी भौतिक विज्ञानी अब्राम फेडोरोविच इओफ द्वारा किए गए थे। और उनका प्रायोगिक सेटअप मिलिकन के समान था। लेकिन हवा को बर्तन से बाहर निकाल दिया गया, और उसमें एक वैक्यूम बनाया गया। और तेल की बूंदों के बजाय, Ioffe ने जस्ता के छोटे आवेशित कणों का उपयोग किया। माइक्रोस्कोप के तहत उनकी हरकत देखी गई।

Ioffe स्थापना

1- एक ट्यूब

2-कैमरा

3 - धातु की प्लेटें

4 - सूक्ष्मदर्शी

5 - पराबैंगनी उत्सर्जक

इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, जस्ता का एक दाना गिर गया। जैसे ही धूल के दाने का गुरुत्वाकर्षण विद्युत क्षेत्र से उस पर लगने वाले बल के बराबर हो गया, गिरना बंद हो गया। जब तक धूल के कण का आवेश नहीं बदला, तब तक वह गतिहीन बना रहा। लेकिन अगर यह पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में था, तो इसका चार्ज कम हो गया और संतुलन गड़बड़ा गया। वह फिर गिरने लगी। फिर प्लेटों पर चार्ज की मात्रा बढ़ा दी गई। तदनुसार, विद्युत क्षेत्र में वृद्धि हुई, और गिरावट फिर से बंद हो गई। ऐसा कई बार किया गया। नतीजतन, यह पाया गया कि हर बार एक प्राथमिक कण के कई चार्ज द्वारा धूल के कण का चार्ज बदल जाता है।

Ioffe ने इस कण के आवेश के परिमाण की गणना नहीं की। लेकिन, 1925 में इसी तरह का प्रयोग करने के बाद, भौतिक विज्ञानी एन.आई. डोब्रोनोव ने पायलट प्लांट को थोड़ा संशोधित किया और जस्ता के बजाय विस्मुट धूल कणों का उपयोग करके, उन्होंने सिद्धांत की पुष्टि की