Do početka XX stoljeća. postojanje elektrona utvrđeno je u nizu neovisnih eksperimenata. No, unatoč ogromnom eksperimentalnom materijalu akumuliranom od strane raznih znanstvene škole, elektron je ostao, strogo govoreći, hipotetska čestica. Razlog je taj što nije postojao niti jedan eksperiment u kojem bi sudjelovali pojedini elektroni.
Najprije su se elektroni pojavili kao zgodna hipoteza za objašnjenje zakona elektrolize, zatim su otkriveni u plinskom pražnjenju, što je potvrdilo njihovo postojanje u svim tijelima. Međutim, nije bilo jasno radi li se fizika s istim elektronom, istim za sve tvari i tijela, ili su svojstva elektrona prosječne karakteristike široke palete "braće elektrona".

Da bi odgovorili na ovo pitanje 1910.-1911., američki znanstvenik Robert Andrews Milliken i sovjetski fizičar Abram Fedorovich Ioffe neovisno su učinili precizni eksperimenti, u kojem je bilo moguće promatrati pojedinačne elektrone.
U njihovim eksperimentima, u zatvorenoj posudi 1, iz koje je zrak evakuiran pumpom u visoki vakuum, nalazila su se dva horizontalno smještena metalne ploče 2. Oblak nabijenih metalnih čestica prašine ili kapljica ulja stavljen je između njih kroz cijev 3. Promatrane su pod mikroskopom 4 s posebnom skalom, što je omogućilo promatranje njihovog taloženja (padanja).
Pretpostavimo da su čestice prašine ili kapljice bile negativno nabijene prije postavljanja između ploča. Stoga se njihovo taloženje (padanje) može zaustaviti ako je donja ploča nabijena negativno, a gornja pozitivno. Tako su i učinili, postigavši ​​ravnotežu čestice prašine (kapljice), koja je promatrana pod mikroskopom.


Tada je naboj čestica prašine (kapljica) smanjen djelovanjem na njih ultraljubičastim odn x-zrake. Čestice prašine (kapljice) počele su padati, jer se prateća električna sila smanjivala. Informiranje metalnih ploča dodatno naplaćuje i time ojačava električno polje, čestica prašine je ponovno zaustavljena. To je učinjeno nekoliko puta, svaki put koristeći posebnu formulu za izračunavanje naboja čestica prašine.
Eksperimenti Millikana i Ioffea pokazali su da se naboji kapljica i čestica prašine uvijek mijenjaju postupno. Minimalni "dio" električnog naboja je elementaran električno punjenje, jednako e = 1,6 10-19 C. Međutim, naboj zrna prašine ne odlazi sam, već zajedno s česticom materije. Posljedično, u prirodi postoji takva čestica materije koja ima najmanji naboj, tada već nedjeljiv - naboj elektrona. Zahvaljujući pokusima Ioffe-Millikena, postojanje elektrona se iz hipoteze pretvorilo u znanstveno potvrđenu činjenicu.
Trenutno postoje informacije o postojanju elementarne čestice(kvarkovi) s frakcijskim električnim nabojima jednakim 1/Ze i 2/Ze. Međutim, električni naboj bilo kojeg tijela uvijek je cjelobrojni višekratnik elementarnog električnog naboja; drugi "dijelovi" električnog naboja, sposobni prijeći s jednog tijela na drugo, još nisu eksperimentalno otkriveni u prirodi.

Millikansko iskustvo- iskustvo mjerenja elementarni električni naboj(naplatiti elektron) provedeno Robert Milliken i Harvey Fletcher(Engleski) ruski godine 1909. godine .

Ideja eksperimenta je pronaći ravnotežu između gravitacija, Stokesova sila i električno odbijanje. Kontrolirajući snagu električnog polja, Milliken i Fletcher zadržali su male kapljice ulja unutra mehanička ravnoteža. Ponavljanjem eksperimenta za nekoliko kapi, znanstvenici su potvrdili da se ukupni naboj kapi sastoji od nekoliko elementarnih naboja. Ispostavilo se da je vrijednost naboja elektrona u eksperimentu 1911. jednaka Cl, što se razlikuje za 1% od trenutne vrijednosti u Cl.

Preduvjeti

Godine 1913 Profesor Sveučilište u Chicagu R. Milliken koautorstvo s H. Fletcherom objavio nacrt njihovog iskustva.

U ovom eksperimentu izmjerena je jakost električnog polja koje može zadržati nabijenu kap ulja između dvije elektrode. Naboj kapljice mjeren je iz vrijednosti ovog polja. Same kapi su se tijekom prskanja naelektrizirale. U vremenima iskustva nije bilo očito postojanje subatomske čestice, i većina fizičkih pojava [ što? ] može se objasniti pretpostavkom da je naboj veličina koja se kontinuirano mijenja.

Takozvani elementarni naboj e je jedan od temeljnih fizičke konstante i poznavati ga točna vrijednost jako važno. 1923. Millikan je primio Nobelova nagrada na fizika dijelom za ovaj eksperiment.

Opis iskustva

U prostor između dvije pod naponom ploče (u kondenzator), Millikan je ubrizgao sitne nabijene kapljice ulja, koje bi mogle biti nepokretne u određenom električnom polju. Ravnoteža je došla pod uvjetom , gdje

Rezultirajuće sile gravitacije i Arhimedove sile;

, gdje pak

Gustoća kapi ulja;

Njegov polumjer pod pretpostavkom da je kap sferna;

Gustoća zraka

Iz ovih formula, znajući i, možemo pronaći. Da bismo odredili polumjer kapljice, izmjerili smo brzinu jednolikog pada kapljice u odsustvu polja, budući da jednoliko kretanje se uspostavlja kada se sila gravitacije uravnoteži sa silom otpora zraka, gdje je viskoznost zraka.

Tada je bilo teško fiksirati nepokretnost kapljice, stoga se umjesto polja koje zadovoljava uvjet koristilo polje pod čijim se utjecajem kap počela kretati prema gore malom brzinom. Očito, ako je stopa uspona jednaka, onda

Tijekom iskustva, važna činjenica: pokazalo se da su sve vrijednosti koje je Millikan dobio višestruke iste vrijednosti. Tako je eksperimentalno pokazano da je naboj diskretna veličina.

Pripremila učenica 11-A razreda KOSH br.125 Konovalova Kristina

slajd 2

Iskustvo Ioffea - Millikan Abram Fedorovich Ioffe Robert AndrewsMilliken

slajd 3

Ioffe-Milliken iskustvo

Do kraja 19. stoljeća u nizu vrlo raznolikih pokusa ustanovljeno je da postoji određeni nositelj negativnog naboja, koji je nazvan elektron. Međutim, ovo je zapravo bila hipotetska jedinica, budući da, unatoč obilju praktični materijal, nije proveden niti jedan eksperiment koji uključuje niti jedan elektron. Nije bilo poznato postoje li varijeteti elektrona za različite tvari ili je uvijek isto, kakav naboj nosi elektron, može li naboj postojati odvojeno od čestice. Općenito, o elektronu su se vodile žestoke rasprave u znanstvenoj zajednici, a nije bilo dovoljno praktične osnove koja bi nedvojbeno zaustavila sve rasprave.

slajd 4

Na slici je prikazan dijagram instalacije koju je u eksperimentu koristio A. F. Ioffe. U zatvorenoj posudi, iz koje je zrak evakuiran do visokog vakuuma, bile su dvije metalne ploče P postavljene vodoravno. Iz komore A kroz otvor O u prostor između ploča dospjele su male nabijene čestice prašine cinka. Te čestice prašine promatrane su pod mikroskopom.

slajd 5

Dakle, nabijene čestice prašine i kapljice u vakuumu će pasti s gornje ploče na dno, ali ovaj proces se može zaustaviti ako je gornja ploča nabijena pozitivno, a donja negativno nabijena. Rezultirajuće električno polje će djelovati Coulombovim silama na nabijene čestice, sprječavajući ih da padnu. Prilagodbom količine naboja osigurali su da čestice prašine lebde u sredini između ploča. Zatim se naboj čestica prašine ili kapi smanjivao zračenjem rendgenskim zrakama ili ultraljubičastim svjetlom. Gubivši naboj, čestice prašine ponovno su počele padati, ponovno su zaustavljene podešavanjem naboja ploča. Taj je postupak ponovljen nekoliko puta, izračunavajući naboj kapljica i čestica prašine pomoću posebnih formula. Kao rezultat ovih istraživanja, bilo je moguće ustanoviti da se naboj zrna prašine ili kapljica uvijek mijenjao skokovima, za strogo definiranu vrijednost ili za veličinu koja je višekratna od ove vrijednosti.

slajd 6

Abram Fedorovič Ioffe

Abram Fedorovič Ioffe ruski je fizičar koji je napravio mnoga temeljna otkrića i proveo ogromnu količinu istraživanja, uključujući i područje elektronike. Proveo je istraživanja o svojstvima poluvodičkih materijala, otkrio ispravljačko svojstvo prijelaza metal-dielektrik, što je kasnije objašnjeno teorijom tunelskog efekta, sugerirao mogućnost pretvaranja svjetlosti u struja.

Slajd 7

Abram Fedorovich rođen je 14. listopada 1980. u gradu Romny, pokrajina Poltava (danas Poltavska regija, Ukrajina) u obitelji trgovca. Budući da je Abramov otac bio prilično bogat čovjek, nije bio škrt u davanju dobro obrazovanje svom sinu. Godine 1897. Ioffe je dobio srednje obrazovanje u stvarnoj školi u svom rodnom gradu. 1902. diplomirao je na St tehnološki institut i upisao se na Sveučilište u Münchenu u Njemačkoj. U Münchenu radi pod vodstvom samog Wilhelma Conrada Roentgena. Wilhelm Conrad, vidjevši marljivost, a ne kakav talent učenika, pokušava nagovoriti Abrama da ostane u Münchenu i nastavi znanstvena djelatnost, ali se pokazalo da je Ioffe bio domoljub svoje zemlje. Nakon što je 1906. diplomirao na sveučilištu, primivši stupanj doktorirao, vraća se u Rusiju.

Slajd 8

U Rusiji Ioffe dobiva posao na Politehničkom institutu. Godine 1911. eksperimentalno određuje veličinu naboja elektrona istom metodom kao Robert Milliken (metalne čestice su bile uravnotežene u električnom i gravitacijskom polju). Zbog činjenice da je Ioffe objavio svoj rad tek dvije godine kasnije, slava otkrića mjerenja naboja elektrona pripala je američkom fizičaru. Osim određivanja naboja, Ioffe je dokazao realnost postojanja elektrona bez obzira na materiju, istražio magnetsko djelovanje protok elektrona, dokazao je statičku prirodu emisije elektrona s vanjskim fotoelektričnim efektom.

Slajd 9

Godine 1913. Abram Fedorovič obranio je magistarski, a dvije godine kasnije i doktorsku disertaciju iz fizike, koja se bavila proučavanjem elastičnih i električnih svojstava kvarca. U razdoblju od 1916. do 1923. aktivno je proučavao mehanizam električna provodljivost razni kristali. Godine 1923. na inicijativu Ioffea započelo je temeljno istraživanje i proučavanje svojstava u to vrijeme posve novih materijala - poluvodiča. Prvi rad na ovom području proveden je uz izravno sudjelovanje ruskog fizičara i odnosio se na analizu električnih pojava između poluvodiča i metala. Otkrio je ispravljačko svojstvo prijelaza metal-poluvodič, što je tek 40 godina kasnije potkrijepljeno teorijom tunelskog efekta.

Slajd 10

Istražujući fotoelektrični efekt u poluvodičima, Ioffe je u to vrijeme izrazio prilično hrabru ideju da bi svjetlosnu energiju bilo moguće pretvoriti u električnu struju na sličan način. To je u budućnosti postao preduvjet za stvaranje fotonaponskih generatora, a posebno silicijevih pretvarača, koji su se kasnije koristili kao dio solarni paneli. Zajedno sa svojim studentima, Abram Fedorovich stvara sustav za klasifikaciju poluvodiča, kao i metodu za određivanje njihovih glavnih električnih i fizikalna svojstva. Konkretno, proučavanje njihovih termoelektričnih svojstava kasnije je postalo temelj za stvaranje poluvodičkih termoelektričnih hladnjaka, široko korištenih u cijelom svijetu u područjima radio elektronike, instrumentacije i svemirske biologije.

slajd 11

Abram Fedorovič Ioffe dao je ogroman doprinos formiranju i razvoju fizike i elektronike. Bio je član mnogih akademija znanosti (Berlin i Goetingen, američke, talijanske), kao i počasni član mnogih sveučilišta diljem svijeta. Dobitnik je brojnih nagrada za svoja postignuća i istraživanja. Abram Fedorovič umro je 14. listopada 1960. godine.

slajd 12

Milliken Robert Andrus

Američki fizičar Robert Milliken rođen je u Morrisonu (Illinois) 22. ožujka 1868. u obitelji svećenika. Poslije mature Srednja škola Robert upisuje Oberlin College u Ohiju. Tamo su njegovi interesi bili usmjereni na matematiku i starogrčki jezik. Radi zarade dvije je godine izlagao fiziku na fakultetu. 1891. Millikan je diplomirao, a 1893. magistrirao fiziku.

slajd 13

Na Sveučilištu Columbia Milliken je studirao pod vodstvom poznatog fizičara M. I. Pupina. Jedno ljeto proveo je na Sveučilištu u Chicagu, gdje je radio pod vodstvom poznatog eksperimentalnog fizičara Alberta Abrahama Michelsona.

Slajd 14

Godine 1895. obranio je doktorsku tezu na Sveučilištu Columbia o proučavanju polarizacije svjetlosti. Sljedeću godinu Milliken proveo je u Europi, gdje se susreo s Henrijem Becquerelom, Maxom Planckom, Walterom Nernstom, A. Poincaréom.

slajd 15

1896. Millikan se vratio na Sveučilište u Chicagu, gdje je postao Michelsonov asistent. Tijekom sljedećih dvanaest godina, Milliken je napisao nekoliko udžbenika fizike koji su bili prihvaćeni kao udžbenici za fakultete i srednje škole (s dodacima, tako su i ostali preko 50 godina). 1910. Millikan je imenovan profesorom fizike.

slajd 16

Robert Millikan razvio je metodu kapljica, koja je omogućila mjerenje naboja pojedinačnih elektrona i protona (1910. - 1914.) veliki broj pokusi s točnim proračunom naboja elektrona. Tako je eksperimentalno dokazao diskretnost električnog naboja i po prvi put točno odredio njegovu vrijednost (4,774 * 10^-10 elektrostatičkih jedinica). Provjerio Einsteinovu jednadžbu za fotoelektrični efekt u vidljivom i ultraljubičaste zrake, odredio Planckovu konstantu (1914).

Slajd 17

1921. Milliken je imenovan direktorom novog Bridgesive Physical Laboratory i predsjednikom izvršnog odbora Kalifornijskog instituta za tehnologiju. Ovdje je izveo veliki niz studija kozmičkih zraka, posebno pokuse (1921. - 1922.) sa zračnim snopovima sa samosnimajućim elektroskopima na visinama od 15.500 m. ".

Slajd 18

Tijekom 1925-1927. Millikan je pokazao da se ionizirajući učinak kozmičkog zračenja smanjuje s dubinom i potvrdio izvanzemaljsko podrijetlo ovih "kozmičkih zraka". Istražujući putanje kozmičkih čestica, otkrio je u njima alfa čestice, brze elektrone, protone, neutrone, pozitrone i gama kvante. Neovisno o Vernovu, otkrio je utjecaj kozmičkih zraka na širinu u stratosferi.

Pogledajte sve slajdove

Ideju o diskretnosti električnog naboja prvi je izrazio B. Franklin 1752. Eksperimentalno je diskretnost naboja potkrijepljena zakonima elektrolize koje je otkrio M. Faraday 1834. godine. Brojčana vrijednost elementarni naboj (najmanji električni naboj pronađen u prirodi) teoretski je izračunat na temelju zakona elektrolize pomoću Avogadrova broja. direktno eksperimentalno mjerenje elementarno naboj izveo je R. Millikan u klasičnim eksperimentima izvedenim 1908. - 1916. godine. Ovi eksperimenti su također pružili nepobitni dokaz atomizam elektriciteta.

Prema osnovnim konceptima elektronske teorije, naboj tijela nastaje kao rezultat promjene broja elektrona koji se nalaze u njemu (ili pozitivnih iona čiji je naboj višestruki od naboja elektrona). Stoga se naboj svakog tijela mora naglo promijeniti i to u dijelovima koji sadrže cijeli broj naboja elektrona.

Sve fizičare zanimala je veličina električnog naboja elektrona, ali, ipak, dosad ga nije bilo moguće izmjeriti. J. J. Thomson već je pokušao provesti ovo odlučujuće mjerenje, ali je prošlo deset godina rada, a Thomsonov pomoćnik G. Wilson izvijestio je da su nakon jedanaest različitih mjerenja dobili jedanaest različitih rezultata.

Prije nego što je započeo istraživanje prema vlastitoj metodi, Millikan je postavio eksperimente prema metodi korištenoj na Sveučilištu Cambridge. Teorijski dio pokusa bio je sljedeći: masa tijela određena je mjerenjem pritiska koji tijelo proizvodi pod utjecajem gravitacije na vagi. Ako se beskonačno maloj čestici materije da električni naboj i ako se primjenjuje električna sila prema gore, jednaka snazi gravitacije prema dolje, tada će ova čestica biti u stanju ravnoteže, a fizičar može izračunati veličinu električnog naboja. Ako se u tom slučaju čestici prenese električni naboj jednog elektrona, bit će moguće izračunati vrijednost tog naboja.

Teorija Cambridgea bila je sasvim logična, ali fizičari nisu mogli stvoriti uređaj s kojim bi bilo moguće proučavati pojedinačne čestice tvari. Morali su se zadovoljiti promatranjem ponašanja oblaka vodenih kapi nabijenih strujom. U komori, zrak iz koje je djelomično uklonjen, nastao je oblak pare. Struja je primijenjena na vrh komore. Kroz Određeno vrijeme kapljice magle u oblaku su se smirile. Zatim su kroz maglu propuštene X-zrake, a vodene kapi su dobile električni naboj.

Istodobno, istraživači su vjerovali da bi električna sila usmjerena prema gore prema poklopcu komore pod visokim naponom trebala navodno spriječiti padanje kapi. Međutim, ništa od teški uvjeti, pod kojim, i samo pod kojim, čestice mogu biti u stanju ravnoteže.

Milliken je počeo tražiti novi put rješavanje problema.

Metoda se temelji na proučavanju kretanja nabijenih kapljica ulja u jednoličnom električnom polju poznate jakosti E.

Slika 15.2 Shema eksperimentalne postavke: P - raspršivač kapljica; K - kondenzator; IP - napajanje; M - mikroskop; hn je izvor zračenja; P - površina stola.

Dijagram jedne od Millikanovih instalacija prikazan je na slici 15.1. Millikan je izmjerio električni naboj koncentriran na pojedinačnim malim sfernim kapljicama koje je formirao raspršivač P i stekao električni naboj elektrifikacijom trenjem o stijenke raspršivača. Kroz malu rupu na gornjoj ploči ravnog kondenzatora K upali su u prostor između ploča. Kretanje kapi je pod mikroskopom promatrao M.

Kako bi se kapljice zaštitile od konvekcijskih strujanja zraka, kondenzator je zatvoren u zaštitno kućište čija se temperatura i tlak održavaju konstantnim. Prilikom izvođenja pokusa potrebno je poštivati ​​sljedeće zahtjeve:

a. kapi moraju biti mikroskopske veličine kako bi sile koje djeluju na kap u različitim smjerovima (gore i dolje) bile usporedive po veličini;

b. naboj kapljice, kao i njegove promjene tijekom zračenja (koristeći ionizator), bile su jednake prilično malom broju elementarnih naboja. To olakšava utvrđivanje višestrukosti naboja pada na elementarni naboj;

u. gustoća kapi r mora biti veća od gustoće viskoznog medija r 0 u kojem se kreće (zrak);

d. Masa kapi ne bi se trebala mijenjati tijekom cijelog pokusa. Da biste to učinili, ulje koje čini kap ne smije ispariti (ulje isparava mnogo sporije od vode).

Ako ploče kondenzatora nisu bile nabijene (jačina električnog polja E = 0), tada je kap polako padala, krećući se s gornje ploče na donju. Čim su se ploče kondenzatora nabile, došlo je do promjena u kretanju kapi: u slučaju negativnog naboja na kapi i pozitivnog naboja na gornjoj ploči kondenzatora, pad kapljice se usporava, a pri u nekom trenutku promijenio smjer kretanja u suprotan – počeo se dizati prema gornjoj ploči.

Određivanje elementarnog naboja računskim pokusom.

Poznavanje brzine pada pada u odsutnosti elektrostatičko polje(njegov naboj nije igrao ulogu) i stopu pada kapi u danom i poznatom elektrostatičkom polju, Millikan je mogao izračunati naboj kapi.

Zbog viskoznog otpora, pad gotovo odmah nakon početka gibanja (ili promjene uvjeta gibanja) poprima stalnu (stalnu) brzinu i kreće se jednoliko. Zbog ovoga a= 0, a može se pronaći i brzina pada. Modul stalne brzine u odsustvu elektrostatičkog polja označavamo - v g , tada:

v g = (m – m 0) g/k (16.5).

Ako zatvorite električni krug kondenzatora (slika 1), tada će se on napuniti i u njemu će se stvoriti elektrostatičko polje E. U tom slučaju na naboj će djelovati dodatna sila q E pokazujući prema gore. Newtonov zakon u projekciji na os X i uzimajući u obzir da je a = 0, imat će oblik:

-(m – m0) g + q E – k vE = 0 (16.6)

vE = (q E – (m – m0) g/k (16.7),

gdje je vE stalna brzina kapljice ulja u elektrostatičkom polju kondenzatora; v E > 0 ako se kap pomiče prema gore, v E< 0, если капля движется вниз. Отсюда следует что

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

slijedi da se mjerenjem stacionarnih brzina u odsutnosti elektrostatičkog polja vg i u njegovoj prisutnosti vE može odrediti naboj kapi ako je poznat koeficijent k = 6 p h r.

Čini se da je za pronalaženje k dovoljno izmjeriti polumjer kapi (viskoznost zraka poznata je iz drugih pokusa). Međutim, nemoguće je njegovo izravno mjerenje mikroskopom. Polumjer pada je reda veličine r = 10 -4 – 10 -6 cm, što je po redu veličine usporedivo s valnom duljinom svjetlosti. Stoga mikroskop daje samo difrakcijsku sliku kapi, ne dopuštajući mjerenje njezinih stvarnih dimenzija.

Informacije o polumjeru kapi mogu se dobiti iz eksperimentalnih podataka o njegovom kretanju u odsutnosti elektrostatičkog polja. Znajući v g i uzimajući u obzir da

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

gdje je r gustoća kapi ulja,

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

U svojim eksperimentima, Millikan je promijenio naboj kapljice dovodeći komad radija u kondenzator. U tom je slučaju radij zračenje ioniziralo zrak u komori (slika 1), uslijed čega bi kap mogla uhvatiti dodatni pozitivan ili negativan naboj. Ako je prije toga kap bila negativno nabijena, onda je jasno da je veća vjerojatnost da će na sebe vezati pozitivne ione. S druge strane, zbog toplinsko kretanje nije isključeno dodavanje negativnih iona kao posljedica sudara s njima. U oba slučaja promijenit će se naboj kapljice i - naglo - brzina njenog kretanja v E". Vrijednost q" promijenjenog naboja kapi u skladu s (16.10) dana je relacijom:

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

Iz (1) i (3) određuje se vrijednost naboja vezanog uz kapljicu:

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

Uspoređujući vrijednosti naboja iste kapi, moglo bi se uvjeriti da su promjena naboja i naboj same kapi višekratnici iste vrijednosti e 0 - elementarnog naboja. U svojim brojnim eksperimentima Milliken je dobio razna značenja naboja q i q", ali su uvijek predstavljali višekratnik e 0 = 1,7 . 10 -19 Cl, tj. q = n e 0 , gdje je n cijeli broj. Iz toga je Millikan zaključio da vrijednost e 0 predstavlja najmanju moguću količinu električne energije u prirodi, odnosno "dio", odnosno atom električne energije. Promatranje kretanja iste kapi, t.j. za njegovo kretanje prema dolje (u nedostatku električnog polja) i gore (u prisutnosti električnog polja) u svakom eksperimentu, Millikan je ponovio mnogo puta, palivši i isključujući električno polje na vrijeme. Točnost mjerenja naboja kapi bitno ovisi o točnosti mjerenja njegove brzine.

Nakon što je iskustvom utvrdio diskretnu prirodu promjene električnog naboja, R. Milliken je uspio potvrditi postojanje elektrona i odrediti naboj jednog elektrona (elementarni naboj) metodom kapljica ulja.

Moderno značenje"atom" električne energije e 0 = 1,602 . 10 -19 C. Ova vrijednost je elementarni električni naboj, čiji su nosioci elektron e 0 = - 1,602 . 10 -19 C i proton e 0 = +1,602 . 10 -19 C. Millikanov rad dao je ogroman doprinos fizici i dao ogroman poticaj razvoju znanstvene misli u budućnosti.

test pitanja:

1. Koja je bit Thomsonove metode?

2. Shema eksperimentalne postavke?

3. Thomsonova cijev?

4. Izvođenje formule za omjer naboja i mase čestice?

5. Koja je glavna zadaća elektronske i ionske optike? A kako se obično zovu?

6. Kada je otkrivena "metoda magnetskog fokusiranja"?

7. Koja je njegova bit?

8. Kako se određuje specifični naboj elektrona?

9. Nacrtajte shemu instalacije prema Millikanovom iskustvu?

10. Koje zahtjeve treba poštivati ​​pri izvođenju pokusa?

11. Određivanje elementarnog naboja računskim pokusom?

12. Derivacija formule pada naboja u smislu stope pada pada?

13. Koje je moderno značenje "atoma" električne energije?

Detalji Kategorija: Elektricitet i magnetizam Objavljeno 08.06.2015. 05:51 Pregleda: 5425

Jedna od temeljnih konstanti u fizici je elementarni električni naboj. Ovo je skalarni karakterizirajući sposobnost fizičkih tijela da sudjeluju u elektromagnetskoj interakciji.

Elementarni električni naboj smatra se najmanjim pozitivnim ili negativnim nabojem koji se ne može podijeliti. Njegova je vrijednost jednaka vrijednosti naboja elektrona.

Činjenicu da je svaki prirodni električni naboj uvijek jednak cijelom broju elementarnih naboja sugerirao je 1752. poznati političar Benjamin Franklin, političar i diplomat koji se također bavio znanstvenim i inventivnim aktivnostima, prvi Amerikanac koji je postao član od Ruska akademija znanosti.

Benjamin Franklin

Ako je Franklinova pretpostavka točna, a električni naboj bilo kojeg nabijenog tijela ili sustava tijela sastoji se od cijelog broja elementarnih naboja, tada se taj naboj može naglo promijeniti za vrijednost koja sadrži cijeli broj naboja elektrona.

Prvi put je to potvrdio i prilično točno utvrdio američki znanstvenik, profesor sa Sveučilišta u Chicagu, Robert Milliken.

Millikansko iskustvo

Shema Millikanovog eksperimenta

Millikan je 1909. godine sa svojim pomoćnikom Harveyjem Fletcherom napravio svoj prvi poznati eksperiment s kapljicama ulja. Kažu da su isprva planirali napraviti pokus uz pomoć kapi vode, no one su isparile za nekoliko sekundi, što očito nije bilo dovoljno za rezultat. Tada je Milliken poslao Fletchera u ljekarnu, gdje je kupio bočicu s raspršivačem i bočicu ulja za sat. Ovo je bilo dovoljno da iskustvo bude uspješno. Nakon toga, Millikan je primio za njega Nobelova nagrada, i Fletcher's Ph.D.

Robert Milliken

Harvey Fletcher

Što je bio Millikanov eksperiment?

Naelektrizirana kapljica ulja pada pod utjecajem gravitacije između dvije metalne ploče. Ali ako se između njih stvori električno polje, spriječit će kapljicu da padne. Mjerenjem jakosti električnog polja može se odrediti naboj kapi.

Eksperimentatori su u posudu postavili dvije metalne ploče kondenzatora. Tu su se uz pomoć pištolja za raspršivanje unosile najmanje kapljice ulja koje su se prilikom prskanja zbog trenja o zrak negativno nabijale.

U nedostatku električnog polja, kapljica pada

Pod djelovanjem gravitacije F w = mg, kapljice su počele padati. Ali budući da nisu bili u vakuumu, već u mediju, tada ih je sila otpora zraka spriječila da slobodno padaju Fres = 6πη rv 0 , gdje η je viskoznost zraka. Kada F w i F res uravnotežen, pad je brzinom postao jednoličan v0 . Mjerenjem ove brzine, znanstvenik je odredio polumjer kapi.

Kapljica "pluta" pod utjecajem električnog polja

Ako je u trenutku pada kapljice na ploče doveden napon na način da je gornja ploča dobila pozitivan naboj, a donja negativan, pad je stao. Spriječilo ga je nastalo električno polje. Činilo se da kapljice lebde. To se dogodilo kada je vlast F r uravnotežena silom koja djeluje iz električnog polja F r = eE ,

gdje F r- rezultantna sila gravitacije i Arhimedova sila.

F r = 4/3 pr 3 ( ρ – ρ 0) g

ρ je gustoća kapi ulja;

ρ 0 – gustoća zraka.

r je polumjer kapi.

Znajući F r i E , moguće je odrediti vrijednost e .

Budući da je bilo vrlo teško osigurati da kapljica miruje dugo vremena, Milliken i Fletcher su stvorili polje u kojem se kapljica, nakon zaustavljanja, počela kretati prema gore vrlo malom brzinom. v . U ovom slučaju

Eksperimenti su ponovljeni mnogo puta. Naboji su preneseni na kapljice zračenjem rendgenskim ili ultraljubičastim uređajem. Ali svaki put je ukupni naboj kapljice uvijek bio jednak nekoliko elementarnih naboja.

Godine 1911. Milliken je otkrio da je naboj elektrona 1,5924(17) x 10 -19 C. Znanstvenik je pogriješio samo 1%. Njegova moderna vrijednost je 1,602176487 (10) x 10 -19 C.

Ioffe iskustvo

Abram Fedorovič Ioffe

Mora se reći da je gotovo istodobno s Millikanom, ali neovisno o njemu, takve eksperimente provodio ruski fizičar Abram Fedorovič Ioffe. A njegova eksperimentalna postavka bila je slična Millikanovoj. Ali iz posude je ispumpan zrak, a u njemu je stvoren vakuum. I umjesto kapljica ulja, Ioffe je koristio male nabijene čestice cinka. Njihovo kretanje promatrano je pod mikroskopom.

Ioffe instalacija

1- cijev

2-kamera

3 - metalne ploče

4 - mikroskop

5 - ultraljubičasti emiter

Pod djelovanjem elektrostatičkog polja, zrno cinka je palo. Čim je gravitacija zrna prašine postala jednaka sili koja na njega djeluje iz električnog polja, pad je prestao. Sve dok se naboj čestice prašine nije mijenjao, nastavila je nepomično visjeti. Ali ako je bio izložen ultraljubičastom svjetlu, tada se njegov naboj smanjio, a ravnoteža je bila poremećena. Ponovno je počela padati. Tada je povećana količina naboja na pločama. U skladu s tim, električno polje se povećalo, a pad je ponovno prestao. To je učinjeno nekoliko puta. Kao rezultat toga, utvrđeno je da se svaki put naboj čestice prašine mijenja za višekratnik naboja elementarne čestice.

Ioffe nije izračunao veličinu naboja ove čestice. Ali, nakon što je 1925. proveo sličan eksperiment, zajedno s fizičarem N.I. Dobronravov je, nakon što je malo modificirao pilot postrojenje i koristio čestice bizmutove prašine umjesto cinka, potvrdio teoriju