XX դարի սկզբին. էլեկտրոնների առկայությունը հաստատվել է մի շարք անկախ փորձերի արդյունքում։ Բայց, չնայած տարբեր փորձարարական նյութերի կուտակած վիթխարի գիտական ​​դպրոցներ, էլեկտրոնը մնաց, խիստ ասած, հիպոթետիկ մասնիկ։ Պատճառն այն է, որ չի եղել մեկ փորձ, որին կմասնակցեն առանձին էլեկտրոններ։
Սկզբում էլեկտրոնները հայտնվեցին որպես էլեկտրոլիզի օրենքները բացատրելու հարմար վարկած, հետո դրանք հայտնաբերվեցին գազի արտանետման մեջ, ինչը հաստատեց դրանց գոյությունը բոլոր մարմիններում։ Այնուամենայնիվ, պարզ չէր, թե արդյոք ֆիզիկան գործ ունի միևնույն էլեկտրոնի հետ, նույնը բոլոր նյութերի և մարմինների համար, կամ էլեկտրոնի հատկությունները «էլեկտրոն եղբայրների» լայն տեսականի միջինացված բնութագրիչներն են:

Այս հարցին պատասխանելու համար 1910-1911 թվականներին ամերիկացի գիտնական Ռոբերտ Էնդրյուս Միլիկենը և սովետական ​​ֆիզիկոս Աբրամ Ֆեդորովիչ Իոֆեն ինքնուրույն արեցին. ճշգրիտ փորձեր, որոնցում հնարավոր էր դիտարկել միայնակ էլեկտրոններ։
Իրենց փորձերի ժամանակ փակ նավի մեջ 1, որից օդը պոմպով տարհանվում էր դեպի բարձր վակուում, կային երկու հորիզոնական տեղակայված. մետաղական թիթեղներ 2. Լիցքավորված մետաղական փոշու մասնիկների կամ յուղի կաթիլների ամպը տեղադրվել է նրանց միջև 3-րդ խողովակի միջով։ Դրանք դիտարկվել են 4 մանրադիտակով հատուկ սանդղակով, որը հնարավորություն է տվել դիտել դրանց նստեցումը (ընկնելը)։
Ենթադրենք, որ փոշու մասնիկները կամ կաթիլները բացասական լիցքավորված են եղել նախքան թիթեղների միջև տեղադրվելը: Հետեւաբար, դրանց նստեցումը (ընկումը) կարող է դադարեցվել, եթե ստորին թիթեղը լիցքավորվի բացասական, իսկ վերինը՝ դրական։ Այդպես էլ նրանք արեցին՝ հասնելով փոշու մասնիկի (կաթիլային) հավասարակշռության, որը դիտարկվել է մանրադիտակի տակ:


Այնուհետև փոշու մասնիկների (կաթիլների) լիցքը կրճատվել է՝ դրանց վրա ուլտրամանուշակագույն կամ ռենտգենյան ճառագայթներ. Փոշու մասնիկները (կաթիլները) սկսեցին ընկնել, քանի որ կրող էլեկտրական ուժը նվազում էր։ Տեղեկացնելով մետաղական թիթեղներին լրացուցիչ լիցքավորում և դրանով իսկ ամրացնելով էլեկտրական դաշտ, փոշու մասնիկը նորից կանգնեցվեց։ Դա արվել է մի քանի անգամ՝ ամեն անգամ օգտագործելով փոշու մասնիկների լիցքը հաշվարկելու հատուկ բանաձեւ։
Միլիկանի և Իոֆեի փորձերը ցույց են տվել, որ կաթիլների և փոշու մասնիկների լիցքերը միշտ աստիճանաբար փոխվում են։ Էլեկտրական լիցքի նվազագույն «մասնաբաժինը» տարրական է էլեկտրական լիցք, հավասար է e = 1,6 10-19 C: Սակայն փոշու հատիկի լիցքը չի հեռանում ինքնուրույն, այլ նյութի մասնիկի հետ միասին։ Հետևաբար, բնության մեջ կա նյութի այնպիսի մասնիկ, որն ունի ամենափոքր լիցքը, այնուհետև արդեն անբաժանելի՝ էլեկտրոնի լիցքը։ Իոֆֆ-Միլիկենի փորձերի շնորհիվ էլեկտրոնի գոյությունը վարկածից վերածվեց գիտականորեն հաստատված փաստի։
Ներկայումս կան տեղեկություններ գոյության մասին տարրական մասնիկներ(քվարկներ) կոտորակային էլեկտրական լիցքերով, որոնք հավասար են 1/Ze-ի և 2/Ze-ի: Այնուամենայնիվ, ցանկացած մարմնի էլեկտրական լիցքը միշտ էլ տարրական էլեկտրական լիցքի ամբողջ բազմապատիկն է. Էլեկտրական լիցքի այլ «մասնաբաժիններ», որոնք կարող են անցնել մի մարմնից մյուսը, դեռևս փորձնականորեն չեն հայտնաբերվել բնության մեջ:

Միլիկան փորձ- չափման փորձ տարրական էլեկտրական լիցք(գանձում էլեկտրոն) իրականացվել է Ռոբերտ Միլիկենև Հարվի Ֆլետչեր(անգլերեն) ռուսերեն 1909 թվականին .

Փորձի գաղափարը հավասարակշռություն գտնելն է ձգողականություն, Սթոքսի ուժև էլեկտրական վանում. Էլեկտրական դաշտի հզորությունը վերահսկելով՝ Միլիկենը և Ֆլետչերը փոքր նավթի կաթիլներ էին պահում այնտեղ մեխանիկական հավասարակշռություն. Կրկնելով փորձը մի քանի կաթիլներով՝ գիտնականները հաստատեցին, որ կաթիլի ընդհանուր լիցքը կազմված է մի քանի տարրական լիցքերից։ Էլեկտրոնի լիցքի արժեքը 1911 թվականի փորձի ժամանակ պարզվեց, որ հավասար է cl, որը 1%-ով տարբերվում է Cl-ի ընթացիկ արժեքից։

Նախադրյալներ

1913 թվականին Պրոֆեսոր Չիկագոյի համալսարան R. Milliken համահեղինակություն Հ. Ֆլետչերի հետ հրապարակել է իրենց փորձի նախագիծը:

Այս փորձի ժամանակ չափվել է էլեկտրական դաշտի ուժը, որը կարող է լիցքավորված յուղի կաթիլ պահել երկու էլեկտրոդների միջև։ Անկման լիցքը չափվել է այս դաշտի արժեքից: Կաթիլներն իրենք էլ էլեկտրիֆիկացվել են ցողման ժամանակ։ Փորձառության ժամանակ գոյությունն ակնհայտ չէր ենթաատոմային մասնիկներև ֆիզիկական երևույթների մեծ մասը [ ինչ? ] կարելի է բացատրել ենթադրելով, որ լիցքը շարունակաբար փոփոխվող մեծություն է:

Այսպես կոչված տարրական լիցքավորումե-ն հիմնարարներից մեկն է ֆիզիկական հաստատուններև ճանաչիր նրան ճշգրիտ արժեքշատ կարեւոր. Միլիկան 1923-ին ստացել է Նոբելյան մրցանակվրա ֆիզիկամասամբ այս փորձի համար:

Փորձի նկարագրություն

Երկու էներգիա ունեցող թիթեղների միջև ընկած տարածության մեջ (կոնդենսատորի մեջ) Միլիկանը ներարկեց յուղի լիցքավորված փոքրիկ կաթիլներ, որոնք կարող էին անշարժ մնալ որոշակի էլեկտրական դաշտում: Հավասարակշռությունը եկավ պայմանով, որտեղ

Ստացված ձգողության ուժերը և Արքիմեդի ուժերը.

, որտեղ իր հերթին

Նավթի կաթիլների խտությունը;

Նրա շառավիղը՝ ենթադրելով, որ անկումը գնդաձև է.

Օդի խտություն

Այս բանաձեւերից, իմանալով և, մենք կարող ենք գտնել. Կաթիլների շառավիղը որոշելու համար մենք չափել ենք կաթիլների միատեսակ անկման արագությունը դաշտի բացակայության դեպքում, քանի որ միատեսակ շարժումհաստատվում է, երբ ծանրության ուժը հավասարակշռվում է օդի դիմադրության ուժով, որտեղ է օդի մածուցիկությունը։

Այն ժամանակ դժվար էր ֆիքսել անկման անշարժությունը, հետեւաբար պայմանին բավարարող դաշտի փոխարեն օգտագործվել է դաշտ, որի ազդեցության տակ կաթիլը սկսել է ցածր արագությամբ շարժվել դեպի վեր։ Ակնհայտորեն, եթե վերելքի տեմպերը հավասար են, ապա

Փորձի ընթացքում, կարևոր փաստՄիլիկանի ստացած բոլոր արժեքները նույն արժեքի բազմապատիկ են: Այսպիսով, փորձնականորեն ցույց է տրվել, որ լիցքը դիսկրետ մեծություն է։

Պատրաստեց 11-Ա դասարանի աշակերտուհի ԿՈՇ թիվ 125 Կոնովալովա Քրիստինան

սլայդ 2

Ioffe-ի փորձը - Millikan Abram Fedorovich Ioffe Robert AndrewsMilliken

սլայդ 3

Ioffe-Milliken փորձ

19-րդ դարի վերջում մի շարք շատ բազմազան փորձերի ժամանակ պարզվեց, որ կա բացասական լիցքի որոշակի կրող, որը կոչվում էր էլեկտրոն։ Այնուամենայնիվ, սա իրականում հիպոթետիկ միավոր էր, քանի որ, չնայած առատությանը գործնական նյութ, մեկ էլեկտրոնի մասնակցությամբ ոչ մի փորձ չի իրականացվել։ Հայտնի չէր, թե կային արդյոք էլեկտրոնների տարատեսակներ տարբեր նյութերկամ միշտ նույնն է, թե ինչ լիցք է կրում էլեկտրոնը, արդյոք լիցքը կարող է գոյություն ունենալ մասնիկից առանձին։ Ընդհանուր առմամբ, գիտական ​​հանրության մեջ բուռն բանավեճեր էին էլեկտրոնի մասին, և չկար բավարար գործնական հիմք, որը միանշանակ կդադարեցներ բոլոր բանավեճերը:

սլայդ 4

Նկարը ցույց է տալիս A.F.Ioffe-ի փորձի ժամանակ օգտագործված տեղադրման դիագրամը: Փակ անոթի մեջ, որից օդը տարհանվել է դեպի բարձր վակուում, եղել են երկու մետաղական թիթեղներ՝ հորիզոնական դիրքով։ A խցիկից O անցքից դեպի թիթեղների միջև ընկած տարածություն ստացան ցինկի լիցքավորված փոշու փոքր մասնիկներ: Փոշու այս մասնիկները դիտարկվել են մանրադիտակի տակ։

սլայդ 5

Այսպիսով, լիցքավորված փոշու մասնիկները և կաթիլները վակուումում կնվազեն վերին ափսեից ներքև, բայց այս գործընթացը կարող է դադարեցվել, եթե վերին ափսեը լիցքավորվի դրական, իսկ ստորին ափսեը բացասական լիցքավորված լինի: Ստացված էլեկտրական դաշտը կգործի Կուլոնի ուժերով լիցքավորված մասնիկների վրա՝ կանխելով դրանց անկումը։ Կարգավորելով լիցքի քանակը՝ նրանք ապահովել են, որ փոշու մասնիկները սավառնում են մեջտեղում՝ թիթեղների միջև։ Այնուհետև փոշու մասնիկների կամ կաթիլների լիցքը նվազեցվեց՝ դրանք ճառագայթելով ռենտգենյան ճառագայթներով կամ ուլտրամանուշակագույն լույսով։ Կորցնելով լիցքը՝ փոշու մասնիկները նորից սկսեցին ընկնել, դրանք նորից կանգնեցվեցին՝ կարգավորելով թիթեղների լիցքը։ Այս գործընթացը կրկնվել է մի քանի անգամ՝ հատուկ բանաձևերի միջոցով հաշվարկելով կաթիլների և փոշու մասնիկների լիցքը։ Այս ուսումնասիրությունների արդյունքում հնարավոր եղավ հաստատել, որ փոշու հատիկների կամ կաթիլների լիցքը միշտ փոխվել է թռիչքներով, խիստ սահմանված արժեքով կամ չափով, որը բազմապատիկ է այս արժեքից:

սլայդ 6

Աբրամ Ֆեդորովիչ Իոֆֆե

Աբրամ Ֆեդորովիչ Իոֆեն ռուս ֆիզիկոս է, ով բազմաթիվ հիմնարար բացահայտումներ է արել և հսկայական հետազոտություններ է անցկացրել, այդ թվում՝ էլեկտրոնիկայի ոլորտում: Նա հետազոտություն է անցկացրել կիսահաղորդչային նյութերի հատկությունների վերաբերյալ, հայտնաբերել մետաղ-դիէլեկտրիկ անցման ուղղիչ հատկությունը, որը հետագայում բացատրվել է թունելի էֆեկտի տեսության միջոցով, առաջարկել է լույսը վերածելու հնարավորությունը։ էլեկտրաէներգիա.

Սլայդ 7

Աբրամ Ֆեդորովիչը ծնվել է 1980 թվականի հոկտեմբերի 14-ին Պոլտավայի նահանգի Ռոմնի քաղաքում (այժմ՝ Ուկրաինայի Պոլտավայի մարզ) վաճառականի ընտանիքում։ Քանի որ Աբրամի հայրը բավականին հարուստ մարդ էր, նա ժլատ չէր տալիս տալուց լավ կրթությունիր որդուն։ 1897 թվականին Իոֆեն միջնակարգ կրթությունը ստացել է հայրենի քաղաքի իսկական դպրոցում։ 1902 թվականին ավարտել է Սանկտ Պետերբուրգը տեխնոլոգիական ինստիտուտեւ ընդունվել Գերմանիայի Մյունխենի համալսարան։ Մյունխենում նա աշխատում է անձամբ Վիլհելմ Կոնրադ Ռենտգենի ղեկավարությամբ։ Վիլհելմ Կոնրադը, տեսնելով ուսանողի աշխատասիրությունը և ոչ թե ինչ տաղանդը, փորձում է համոզել Աբրամին մնալ Մյունխենում և շարունակել. գիտական ​​գործունեություն, բայց Իոֆեն պարզվեց, որ իր երկրի հայրենասերն է։ Համալսարանն ավարտելուց հետո՝ 1906 թ., ստանալով աստիճանբ.գ.թ., վերադառնում է Ռուսաստան։

Սլայդ 8

Ռուսաստանում Իոֆեն աշխատանքի է անցնում Պոլիտեխնիկական ինստիտուտում։ 1911 թվականին նա փորձնականորեն որոշում է էլեկտրոնի լիցքի մեծությունը՝ օգտագործելով նույն մեթոդը, ինչ Ռոբերտ Միլիկենը (մետաղական մասնիկները հավասարակշռված էին էլեկտրական և գրավիտացիոն դաշտերում)։ Շնորհիվ այն բանի, որ Իոֆն իր աշխատանքը հրապարակեց միայն երկու տարի անց, էլեկտրոնային լիցքի չափման հայտնաբերման փառքը բաժին հասավ ամերիկացի ֆիզիկոսին։ Լիցքը որոշելուց բացի, Իոֆը ապացուցեց էլեկտրոնների գոյության իրականությունը՝ անկախ նյութից, հետաքննվեց. մագնիսական գործողությունէլեկտրոնների հոսքը, ապացուցել է արտաքին ֆոտոէլեկտրական էֆեկտով էլեկտրոնների արտանետման ստատիկ բնույթը։

Սլայդ 9

1913 թվականին Աբրամ Ֆեդորովիչը պաշտպանեց իր մագիստրատուրան, իսկ երկու տարի անց դոկտորական ատենախոսությունը ֆիզիկայում, որն ուսումնասիրում էր քվարցի առաձգական և էլեկտրական հատկությունները։ 1916-1923 թվականներին նա ակտիվորեն ուսումնասիրել է մեխանիզմը էլեկտրական հաղորդունակությունտարբեր բյուրեղներ: 1923 թվականին հենց Ioffe-ի նախաձեռնությամբ սկսվեց հիմնարար հետազոտությունն ու ուսումնասիրությունը այն նյութերի հատկությունների մասին, որոնք այն ժամանակ բոլորովին նոր էին` կիսահաղորդիչներ: Այս ոլորտում առաջին աշխատանքն իրականացվել է ռուս ֆիզիկոսի անմիջական մասնակցությամբ և վերաբերել է վերլուծությանը էլեկտրական երևույթներկիսահաղորդչի և մետաղի միջև: Նա հայտնաբերել է մետաղ-կիսահաղորդիչ անցման ուղղիչ հատկությունը, որը հիմնավորվել է միայն 40 տարի անց՝ օգտագործելով թունելի էֆեկտի տեսությունը։

Սլայդ 10

Հետազոտելով կիսահաղորդիչներում ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը, Իոֆն այն ժամանակ բավականին համարձակ միտք արտահայտեց, որ հնարավոր կլինի լույսի էներգիան նման կերպ վերածել էլեկտրական հոսանքի։ Սա ապագայում նախապայման դարձավ ֆոտոգալվանային գեներատորների և, մասնավորապես, սիլիցիումի փոխարկիչների ստեղծման համար, որոնք հետագայում օգտագործվեցին որպես մաս: արեւային մարտկոցներ. Աբրամ Ֆեդորովիչն իր ուսանողների հետ ստեղծում է կիսահաղորդիչների դասակարգման համակարգ, ինչպես նաև դրանց հիմնական էլեկտրական և էլեկտրաէներգիայի որոշման մեթոդ. ֆիզիկական հատկություններ. Մասնավորապես, դրանց ջերմաէլեկտրական հատկությունների ուսումնասիրությունը հետագայում հիմք դարձավ կիսահաղորդչային ջերմաէլեկտրական սառնարանների ստեղծման համար, որոնք լայնորեն օգտագործվում էին ամբողջ աշխարհում ռադիոէլեկտրոնիկայի, գործիքավորման և տիեզերական կենսաբանության ոլորտներում:

սլայդ 11

Աբրամ Ֆեդորովիչ Իոֆեն հսկայական ներդրում է ունեցել ֆիզիկայի և էլեկտրոնիկայի ձևավորման և զարգացման գործում: Եղել է բազմաթիվ գիտությունների ակադեմիաների (Բեռլին և Գյոթինգեն, ամերիկյան, իտալական), ինչպես նաև աշխարհի բազմաթիվ համալսարանների պատվավոր անդամ։ Նա բազմաթիվ մրցանակների է արժանացել իր ձեռքբերումների և հետազոտությունների համար։ Աբրամ Ֆեդորովիչը մահացել է 1960 թվականի հոկտեմբերի 14-ին։

սլայդ 12

Միլիկեն Ռոբերտ Անդրուս

Ամերիկացի ֆիզիկոս Ռոբերտ Միլիկենը ծնվել է Մորիսոնում (Իլինոյս) 1868 թվականի մարտի 22-ին քահանայի ընտանիքում։ Ավարտելուց հետո ավագ դպրոցՌոբերտն ընդունվում է Օհայոյի Օբերլին քոլեջը: Այնտեղ նրա հետաքրքրությունները կենտրոնացած էին մաթեմատիկայի և հին հունարենի վրա։ Գումար վաստակելու համար նա քոլեջում երկու տարի ֆիզիկա է ներկայացրել։ 1891 թվականին Միլիկանը ստացել է բակալավրի, իսկ 1893 թվականին՝ ֆիզիկայի մագիստրոսի կոչումը։

սլայդ 13

Կոլումբիայի համալսարանում Միլիկենը սովորել է հայտնի ֆիզիկոս Մ.Ի.Պուպինի ղեկավարությամբ։ Նա մեկ ամառ անցկացրել է Չիկագոյի համալսարանում, որտեղ աշխատել է հայտնի փորձարար ֆիզիկոս Ալբերտ Աբրահամ Միխելսոնի ղեկավարությամբ։

Սլայդ 14

1895 թվականին Կոլումբիայի համալսարանում պաշտպանել է իր դոկտորական թեզը՝ լույսի բևեռացման ուսումնասիրության վերաբերյալ։ Հաջորդ տարին Միլիկենն անցկացրել է Եվրոպայում, որտեղ հանդիպել է Անրի Բեկերելի, Մաքս Պլանկի, Վալտեր Ներնստի, Ա. Պուանկարեի հետ։

սլայդ 15

1896 Միլիկանը վերադարձավ Չիկագոյի համալսարան, որտեղ դարձավ Միխելսոնի օգնականը։ Հաջորդ տասներկու տարիների ընթացքում Միլիկենը գրեց մի քանի ֆիզիկայի դասագրքեր, որոնք ընդունվեցին որպես քոլեջների և ավագ դպրոցների դասագրքեր (լրացումներով դրանք այդպես մնացին ավելի քան 50 տարի): 1910 Միլիկանը նշանակվեց ֆիզիկայի պրոֆեսոր։

սլայդ 16

Ռոբերտ Միլիկանը մշակեց կաթիլային մեթոդը, որը հնարավորություն տվեց չափել առանձին էլեկտրոնների և պրոտոնների լիցքը (1910 - 1914 թթ.) մեծ թվովփորձեր էլեկտրոնային լիցքի ճշգրիտ հաշվարկի վերաբերյալ: Այսպիսով, նա փորձնականորեն ապացուցեց էլեկտրական լիցքի դիսկրետությունը և առաջին անգամ ճշգրիտ որոշեց դրա արժեքը (4,774 * 10^-10 էլեկտրաստատիկ միավոր): Ստուգել է Էյնշտեյնի հավասարումը ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի տեսանելի և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ, որոշեց Պլանկի հաստատունը (1914)։

Սլայդ 17

1921 Միլիկենը նշանակվեց նոր Bridgesive Physical Laboratory-ի տնօրեն և Կալիֆորնիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտի գործադիր կոմիտեի նախագահ: Այստեղ նա կատարեց տիեզերական ճառագայթների ուսումնասիրությունների մի մեծ շարք, մասնավորապես, փորձեր (1921 - 1922 թվականներ) օդային շղթաներով ինքնաձայնագրվող էլեկտրոսկոպներով 15500 մ բարձրությունների վրա»:

Սլայդ 18

1925-1927թթ. Միլիկանը ցույց տվեց, որ տիեզերական ճառագայթման իոնացնող ազդեցությունը նվազում է խորության հետ և հաստատեց այս «տիեզերական ճառագայթների» արտաերկրային ծագումը։ Ուսումնասիրելով տիեզերական մասնիկների հետագծերը՝ նա բացահայտեց ալֆա մասնիկներ, արագ էլեկտրոններ, պրոտոններ, նեյտրոններ, պոզիտրոններ և գամմա քվանտաներ։ Անկախ Վերնովից՝ նա հայտնաբերեց ստրատոսֆերայում տիեզերական ճառագայթների լայնական ազդեցությունը։

Դիտեք բոլոր սլայդները

Էլեկտրական լիցքի դիսկրետության գաղափարն առաջին անգամ արտահայտել է Բ. Ֆրանկլինը 1752 թվականին: Փորձնականորեն լիցքերի դիսկրետությունը հիմնավորվել է էլեկտրոլիզի օրենքներով, որը հայտնաբերեց Մ. Ֆարադեյը 1834 թվականին: Թվային արժեքը տարրական լիցքավորում (բնության մեջ հայտնաբերված ամենափոքր էլեկտրական լիցքը) տեսականորեն հաշվարկվել է էլեկտրոլիզի օրենքների հիման վրա՝ օգտագործելով Ավոգադրոյի թիվը։ ուղիղ փորձարարական չափումտարրական լիցքավորումը կատարել է Ռ.Միլիկանը 1908 - 1916 թվականներին կատարված դասական փորձերում։ Այս փորձերը նույնպես անհերքելի ապացույցներ տվեցին էլեկտրաէներգիայի ատոմիզմ.

Էլեկտրոնային տեսության հիմնական հասկացությունների համաձայն՝ մարմնի լիցքն առաջանում է նրանում պարունակվող էլեկտրոնների քանակի (կամ դրական իոնների, որոնց լիցքը էլեկտրոնի լիցքի բազմապատիկն է) փոփոխության արդյունքում։ Հետևաբար, ցանկացած մարմնի լիցքավորումը պետք է կտրուկ փոխվի և այնպիսի մասերում, որոնք պարունակում են էլեկտրոնային լիցքերի ամբողջ թիվ։

Բոլոր ֆիզիկոսներին հետաքրքրում էր էլեկտրոնի էլեկտրական լիցքի մեծությունը, և, այնուամենայնիվ, մինչ այժմ հնարավոր չի եղել այն չափել։ Այս վճռական չափումն իրականացնելու շատ փորձեր արդեն արվել էին Ջ. Ջ. Թոմսոնի կողմից, բայց անցել էր տասը տարի աշխատանք, և Թոմսոնի օգնական Գ. Վիլսոնը հայտնեց, որ տասնմեկ տարբեր չափումներից հետո նրանք ստացել են տասնմեկ տարբեր արդյունքներ:

Նախքան իր մեթոդով հետազոտություններ սկսելը, Միլիկանը փորձեր է կազմակերպել Քեմբրիջի համալսարանում կիրառվող մեթոդի համաձայն։ Փորձի տեսական մասը հետևյալն էր՝ մարմնի զանգվածը որոշվում էր կշեռքի վրա ձգողականության ազդեցության տակ մարմնի արտադրած ճնշումը չափելով։ Եթե ​​նյութի անվերջ փոքր մասնիկին տրվում է էլեկտրական լիցք, և եթե գործադրվում է դեպի վեր էլեկտրական ուժ, ուժին հավասարվայրընթաց ձգողականությունը, ապա այս մասնիկը կլինի հավասարակշռության մեջ, և ֆիզիկոսը կարող է հաշվարկել էլեկտրական լիցքի մեծությունը: Եթե ​​այս դեպքում մեկ էլեկտրոնի էլեկտրական լիցքը փոխանցվի մասնիկին, ապա հնարավոր կլինի հաշվարկել այդ լիցքի մեծությունը։

Քեմբրիջի տեսությունը միանգամայն տրամաբանական էր, սակայն ֆիզիկոսները չկարողացան սարք ստեղծել, որով հնարավոր կլիներ ուսումնասիրել նյութերի առանձին մասնիկները։ Նրանք պետք է բավարարվեին էլեկտրականությամբ լիցքավորված ջրի կաթիլների ամպի վարքագիծը դիտելով։ Խցիկում, որից օդը մասամբ հեռացվել է, առաջացել է գոլորշու ամպ։ Խցիկի վերին մասում հոսանք է կիրառվել: միջոցով որոշակի ժամանակամպի մեջ մառախուղի կաթիլները հանդարտվեցին։ Այնուհետեւ մառախուղի միջով ռենտգենյան ճառագայթներ են փոխանցվել, եւ ջրի կաթիլները ստացել են էլեկտրական լիցք։

Միևնույն ժամանակ, հետազոտողները կարծում էին, որ բարձր լարման տակ գտնվող խցիկի կափարիչը դեպի վեր ուղղված էլեկտրական ուժը, ենթադրաբար, պետք է թույլ չտա կաթիլները ընկնել: Այնուամենայնիվ, ոչ մեկը դժվարին պայմաններ, որի տակ և միայն որի տակ մասնիկները կարող էին լինել հավասարակշռության վիճակում։

Միլիկենը սկսեց նայել նոր ճանապարհխնդրի լուծում.

Մեթոդը հիմնված է լիցքավորված յուղի կաթիլների շարժման ուսումնասիրության վրա հայտնի հզորությամբ E. միասնական էլեկտրական դաշտում։

Նկար 15.2 Փորձարարական տեղադրման սխեման. P - կաթիլային հեղուկացիր; K - կոնդենսատոր; IP - էլեկտրամատակարարում; M - մանրադիտակ; hn-ը ճառագայթման աղբյուրն է; P - սեղանի մակերեսը:

Millikan-ի կայանքներից մեկի դիագրամը ներկայացված է Նկար 15.1-ում: Միլիկանը չափեց էլեկտրական լիցքը, որը կենտրոնացած էր առանձին փոքր գնդաձև կաթիլների վրա, որոնք ձևավորվում էին P հեղուկացիրով և ձեռք էին բերում էլեկտրական լիցք՝ էլեկտրիֆիկացիայի միջոցով, սրսկիչի պատերին շփման միջոցով: Հարթ կոնդենսատոր K-ի վերին ափսեի մի փոքրիկ անցքով նրանք ընկել են թիթեղների միջև ընկած տարածությունը։ Կաթիլի շարժումը մանրադիտակի տակ դիտել է Մ.

Կաթիլները կոնվեկցիոն օդային հոսանքներից պաշտպանելու համար կոնդենսատորը փակվում է պաշտպանիչ պատյանում, որի ջերմաստիճանը և ճնշումը պահպանվում են անփոփոխ: Փորձարկումներ կատարելիս պետք է պահպանվեն հետևյալ պահանջները.

ա. կաթիլները պետք է լինեն մանրադիտակային չափերով, որպեսզի տարբեր ուղղություններով (վերև և վար) անկման վրա ազդող ուժերը համեմատելի լինեն մեծությամբ.

բ. անկման լիցքը, ինչպես նաև դրա փոփոխությունները ճառագայթման ժամանակ (իոնիզատորի օգտագործմամբ) հավասար էին տարրական լիցքերի բավականին փոքր թվին։ Սա հեշտացնում է տարրական լիցքի նկատմամբ անկման լիցքի բազմակիությունը.

մեջ r անկման խտությունը պետք է լինի ավելի մեծ, քան մածուցիկ միջավայրի խտությունը r 0, որտեղ այն շարժվում է (օդ);

դ. Ամբողջ փորձի ընթացքում կաթիլների զանգվածը չպետք է փոխվի: Դա անելու համար կաթիլը կազմող յուղը չպետք է գոլորշիանա (նավթը շատ ավելի դանդաղ է գոլորշիանում, քան ջուրը):

Եթե ​​կոնդենսատորի թիթեղները լիցքավորված չէին (էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը E = 0), ապա կաթիլը կամաց-կամաց ընկավ՝ վերին թիթեղից շարժվելով դեպի ստորին։ Կոնդենսատորի թիթեղները լիցքավորվելուն պես փոփոխություններ են տեղի ունեցել անկման շարժման մեջ. Ժամանակի ինչ-որ պահի այն փոխեց շարժման ուղղությունը դեպի հակառակը. այն սկսեց բարձրանալ դեպի վերին ափսե:

Տարրական լիցքի որոշումը հաշվողական փորձի միջոցով.

Իմանալով բացակայության դեպքում անկման արագությունը էլեկտրաստատիկ դաշտ(դրա լիցքը դեր չի խաղացել) և տրված և հայտնի էլեկտրաստատիկ դաշտում անկման արագությունը, Միլիկանը կարող էր հաշվարկել անկման լիցքը։

Մածուցիկ դիմադրության շնորհիվ կաթիլը շարժման մեկնարկից (կամ շարժման պայմանների փոփոխությունից) գրեթե անմիջապես հետո ձեռք է բերում հաստատուն (հաստատուն) արագություն և շարժվում է միատեսակ։ Սրա պատճառով ա= 0, և անկման արագությունը կարելի է գտնել: Մենք նշում ենք կայուն արագության մոդուլը էլեկտրաստատիկ դաշտի բացակայության դեպքում - v g, ապա.

v g = (m – m 0) գ/կ (16.5):

Եթե ​​փակեք կոնդենսատորի էլեկտրական շղթան (նկ. 1), ապա այն կլիցքավորվի և դրա մեջ էլեկտրաստատիկ դաշտ կստեղծվի. Ե. Այս դեպքում լիցքը կգործի լրացուցիչ q ուժով Եմատնացույց անելով վեր. Նյուտոնի օրենքը X առանցքի վրա պրոյեկցիայում և հաշվի առնելով, որ a = 0-ը կունենա հետևյալ ձևը.

-(m – m0) g + q E – k vE = 0 (16.6)

vE = (q E – (m – m0) գ/կ (16.7),

որտեղ vE-ն նավթի անկման կայուն արագությունն է կոնդենսատորի էլեկտրաստատիկ դաշտում. v E > 0, եթե կաթիլը շարժվում է դեպի վեր, v E< 0, если капля движется вниз. Отсюда следует что

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

հետևում է, որ չափելով կայուն արագություններ էլեկտրաստատիկ դաշտի բացակայության դեպքում vg և դրա առկայության դեպքում vE, կարելի է որոշել անկման լիցքը, եթե հայտնի է k = 6 p h r գործակիցը:

Թվում է, թե k-ն գտնելու համար բավական է չափել անկման շառավիղը (օդի մածուցիկությունը հայտնի է այլ փորձերից)։ Սակայն դրա ուղղակի չափումը մանրադիտակով անհնար է։ Կաթիլային շառավիղը r = 10 -4 – 10 -6 սմ մեծության կարգի է, որն ըստ մեծության համեմատելի է լույսի ալիքի երկարության հետ։ Հետևաբար, մանրադիտակը տալիս է կաթիլի միայն դիֆրակցիոն պատկեր՝ թույլ չտալով չափել դրա իրական չափերը։

Անկման շառավիղի մասին տեղեկություն կարելի է ստանալ էլեկտրաստատիկ դաշտի բացակայության դեպքում դրա շարժման վերաբերյալ փորձարարական տվյալներից։ Իմանալով վ գ և հաշվի առնելով այն

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

որտեղ r-ը նավթի կաթիլների խտությունն է,

r = ((9 ժ v գ)/) 1/2: (16.10).

Միլիկանն իր փորձերի ժամանակ փոխեց կաթիլային լիցքը՝ կոնդենսատորի մոտ բերելով ռադիումի մի կտոր։ Այս դեպքում ռադիումի ճառագայթումը իոնացրել է օդը խցիկում (նկ. 1), ինչի արդյունքում կաթիլը կարող է լրացուցիչ դրական կամ բացասական լիցք բռնել։ Եթե ​​մինչ այդ կաթիլը բացասական լիցքավորված է եղել, ապա պարզ է, որ ավելի հավանական է, որ այն ինքն իրեն դրական իոններ կպցնի։ Մյուս կողմից, շնորհիվ ջերմային շարժումՉի բացառվում բացասական իոնների ավելացումը դրանց հետ բախման արդյունքում։ Երկու դեպքում էլ անկման լիցքը կփոխվի և կտրուկ՝ նրա շարժման արագությունը v E ": Կաթիլի փոփոխված լիցքի q" արժեքը՝ համաձայն (16.10) տրված է հարաբերությամբ.

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

1-ից և 3-ից որոշվում է կաթիլին կցված լիցքի արժեքը.

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

Համեմատելով նույն անկման լիցքի արժեքները՝ կարելի է համոզվել, որ լիցքի փոփոխությունը և ինքնին անկման լիցքը նույն արժեքի բազմապատիկ են e 0՝ տարրական լիցքը: Իր բազմաթիվ փորձերի ընթացքում Միլիկենը ստացավ. տարբեր իմաստներմեղադրանքներ q և q», բայց դրանք միշտ ներկայացնում էին e 0 = 1.7-ի բազմապատիկ . 10 -19 Cl, այսինքն q = n e 0, որտեղ n-ն ամբողջ թիվ է: Դրանից Միլիկանը եզրակացրեց, որ e 0-ի արժեքը ներկայացնում է բնության մեջ հնարավոր էլեկտրաէներգիայի ամենափոքր քանակությունը, այսինքն՝ էլեկտրաէներգիայի «մաս» կամ ատոմ: Նույն կաթիլի շարժման դիտարկումը, այսինքն. յուրաքանչյուր փորձի ժամանակ իր շարժման համար դեպի ներքև (էլեկտրական դաշտի բացակայության դեպքում) և վեր (էլեկտրական դաշտի առկայության դեպքում), Միլիկանը կրկնել է բազմիցս՝ ժամանակին միացնելով և անջատելով էլեկտրական դաշտը։ Կաթիլների լիցքի չափման ճշգրտությունը էապես կախված է դրա արագության չափման ճշգրտությունից։

Փորձով հաստատելով էլեկտրական լիցքի փոփոխության դիսկրետ բնույթը՝ Ռ. Միլիկենը կարողացավ հաստատել էլեկտրոնների առկայությունը և որոշել մեկ էլեկտրոնի (տարրական լիցք) լիցքը՝ օգտագործելով նավթի կաթիլ մեթոդը։

Ժամանակակից իմաստէլեկտրաէներգիայի «ատոմ» e 0 = 1.602 . 10 -19 C. Այս արժեքը տարրական էլեկտրական լիցքն է, որի կրողներն են էլեկտրոնը e 0 = - 1,602 . 10 -19 C և պրոտոն e 0 = +1,602 . 10 -19 C. Միլիկանի աշխատանքը հսկայական ներդրում ունեցավ ֆիզիկայի մեջ և ահռելի ազդակ տվեց ապագայում գիտական ​​մտքի զարգացմանը։

թեստի հարցեր:

1. Ո՞րն է Թոմսոնի մեթոդի էությունը:

2. Փորձարարական տեղադրման սխեման:

3. Թոմսոնի խողովակ?

4. Լիցքի և մասնիկի զանգվածի հարաբերության բանաձևի ստացում.

5. Ո՞րն է էլեկտրոնի և իոնային օպտիկայի հիմնական խնդիրը: Իսկ ինչպե՞ս են դրանք սովորաբար անվանում։

6. Ե՞րբ է հայտնաբերվել «մագնիսական կենտրոնացման մեթոդը»:

7. Ո՞րն է դրա էությունը:

8. Ինչպե՞ս է որոշվում էլեկտրոնի հատուկ լիցքը:

9. Գծե՛ք տեղադրման սխեման ըստ Միլիկանի փորձի։

10. Ի՞նչ պահանջներ պետք է պահպանվեն փորձը կատարելիս:

11. Տարրական լիցքի որոշում հաշվողական փորձի միջոցով.

12. Անկման լիցքավորման բանաձևի ստացում անկման անկման տեմպերով:

13. Ո՞րն է էլեկտրաէներգիայի «ատոմի» ժամանակակից իմաստը:

Մանրամասներ Կարգավիճակ՝ Էլեկտրականություն և մագնիսականություն Տեղադրվել է 08.06.2015 05:51 Դիտումներ՝ 5425

Ֆիզիկայի հիմնարար հաստատուններից մեկը տարրական էլեկտրական լիցքն է։ Սա սկալյարբնութագրում է ֆիզիկական մարմինների՝ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությանը մասնակցելու ունակությունը.

Տարրական էլեկտրական լիցքը համարվում է ամենափոքր դրական կամ բացասական լիցքը, որը հնարավոր չէ բաժանել։ Դրա արժեքը հավասար է էլեկտրոնի լիցքի արժեքին:

Այն փաստը, որ բնական ցանկացած էլեկտրական լիցք միշտ հավասար է տարրական լիցքերի ամբողջ թվին, առաջարկել է հայտնի քաղաքական գործիչ Բենջամին Ֆրանկլինը, քաղաքական գործիչ և դիվանագետ, որը նաև զբաղվում էր գիտական ​​և գյուտարարական գործունեությամբ, առաջին ամերիկացին, ով դարձավ անդամ: -ից Ռուսական ակադեմիագիտություններ.

Բենջամին Ֆրանկլին

Եթե ​​Ֆրանկլինի ենթադրությունը ճիշտ է, և ցանկացած լիցքավորված մարմնի կամ մարմինների համակարգի էլեկտրական լիցքը բաղկացած է տարրական լիցքերի ամբողջ թվից, ապա այս լիցքը կարող է կտրուկ փոխվել մի արժեքով, որը պարունակում է էլեկտրոնային լիցքերի ամբողջ քանակ:

Առաջին անգամ դա հաստատեց և բավականին ճշգրիտ որոշեց ամերիկացի գիտնական, Չիկագոյի համալսարանի պրոֆեսոր Ռոբերտ Միլիկենը:

Միլիկան փորձ

Միլիկանի փորձի սխեման

Միլիկանը 1909 թվականին իր օգնական Հարվի Ֆլետչերի հետ կատարեց իր առաջին հայտնի նավթի կաթիլային փորձը: Նրանք ասում են, որ սկզբում նախատեսում էին փորձն անել ջրի կաթիլների օգնությամբ, սակայն դրանք գոլորշիացան մի քանի վայրկյանում, ինչը ակնհայտորեն բավարար չէր արդյունք ստանալու համար։ Հետո Միլիկենը Ֆլետչերին ուղարկեց դեղատուն, որտեղ նա գնեց մի շիշ և ժամացույցի յուղի սրվակ։ Սա բավական էր փորձը հաջողության հասնելու համար: Այնուհետև Միլիկանը նրա փոխարեն ստացել է Նոբելյան մրցանակ, իսկ Ֆլետչերի Ph.D.

Ռոբերտ Միլիկեն

Հարվի Ֆլետչեր

Ի՞նչ էր Միլիկանի փորձը:

Էլեկտրականացված յուղի կաթիլը երկու մետաղական թիթեղների միջև ընկնում է ձգողականության ազդեցության տակ: Բայց եթե նրանց միջեւ էլեկտրական դաշտ ստեղծվի, դա կպահի կաթիլը ընկնելուց։ Էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը չափելով՝ կարելի է որոշել անկման լիցքը։

Փորձարարները կոնդենսատորի երկու մետաղական թիթեղներ են տեղադրել նավի ներսում: Այնտեղ լակի ատրճանակի միջոցով ներմուծվել են նավթի ամենափոքր կաթիլները, որոնք օդի հետ շփման արդյունքում բացասական լիցքավորվել են ցողման ժամանակ։

Էլեկտրական դաշտի բացակայության դեպքում կաթիլը ընկնում է

F w = մգ ձգողականության ազդեցության տակ կաթիլները սկսեցին ցած ընկնել: Բայց քանի որ դրանք գտնվում էին ոչ թե վակուումում, այլ միջավայրում, ապա օդի դիմադրության ուժը խանգարեց նրանց ազատ ընկնելուն։ Ֆրես = 6 պի rv 0 , որտեղ η օդի մածուցիկությունն է։ Երբ Fw և F res հավասարակշռված, արագությամբ անկումը դարձավ միատեսակ v0 . Չափելով այս արագությունը՝ գիտնականը որոշել է անկման շառավիղը։

Կաթիլը «լողում է» էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ

Եթե ​​կաթիլն ընկնելու պահին թիթեղների վրա լարում էին կիրառում այնպես, որ վերին թիթեղը ստանում էր դրական լիցք, իսկ ստորինը՝ բացասական, անկումը դադարեց։ Նրան կանխել է առաջացող էլեկտրական դաշտը։ Կաթիլները կարծես լողում էին։ Դա տեղի ունեցավ, երբ իշխանությունը F r հավասարակշռված է էլեկտրական դաշտից ազդող ուժով F r = eE ,

որտեղ F r- արդյունքում առաջացած ձգողության ուժը և Արքիմեդի ուժը։

F r = 4/3 pr 3 ( ρ – ρ 0) է

ρ նավթի անկման խտությունն է.

ρ 0 – օդի խտությունը.

r անկման շառավիղն է։

Իմանալով F r և Ե , հնարավոր է որոշել արժեքը ե .

Քանի որ շատ դժվար էր ապահովել, որ կաթիլը երկար ժամանակ անշարժ մնար, Միլիկենը և Ֆլետչերը ստեղծեցին մի դաշտ, որտեղ կաթիլը կանգ առնելուց հետո սկսեց շարժվել դեպի վեր շատ ցածր արագությամբ: v . Այս դեպքում

Փորձերը բազմիցս կրկնվել են։ Լիցքերը փոխանցվել են կաթիլներին՝ դրանք ճառագայթելով ռենտգենյան կամ ուլտրամանուշակագույն սարքով։ Բայց ամեն անգամ անկման ընդհանուր լիցքը միշտ հավասար էր մի քանի տարրական լիցքերի։

1911 թվականին Միլիկենը պարզեց, որ էլեկտրոնի լիցքը 1,5924 (17) x 10 -19 C է։ Գիտնականը սխալվել է ընդամենը 1%-ով։ Դրա ժամանակակից արժեքը 1,602176487 (10) x 10 -19 C է:

Ioffe փորձ

Աբրամ Ֆեդորովիչ Իոֆֆե

Պետք է ասել, որ Միլիկանի հետ գրեթե միաժամանակ, բայց նրանից անկախ, նման փորձեր կատարել է ռուս ֆիզիկոս Աբրամ Ֆեդորովիչ Իոֆեն։ Եվ նրա փորձարարական կարգավորումը նման էր Միլիկանին: Բայց օդը դուրս է մղվել նավից, և դրա մեջ վակուում է առաջացել։ Իսկ նավթի կաթիլների փոխարեն Ioffe-ն օգտագործել է ցինկի փոքր լիցքավորված մասնիկներ։ Նրանց շարժումը դիտվել է մանրադիտակի տակ։

Ioffe տեղադրում

1- մի խողովակ

2-տեսախցիկ

3 - մետաղական թիթեղներ

4 - մանրադիտակ

5 - ուլտրամանուշակագույն ճառագայթիչ

Էլեկտրաստատիկ դաշտի ազդեցությամբ ցինկի հատիկն ընկել է։ Հենց որ փոշու հատիկի ձգողականությունը հավասարվեց էլեկտրական դաշտից նրա վրա ազդող ուժին, անկումը դադարեց։ Քանի դեռ փոշու մասնիկի լիցքը չէր փոխվել, այն շարունակում էր անշարժ մնալ։ Բայց եթե այն ենթարկվում էր ուլտրամանուշակագույն լույսի, ապա նրա լիցքը նվազում էր, և հավասարակշռությունը խախտվում էր։ Նա նորից սկսեց ընկնել։ Հետո ափսեների վրա լիցքավորման քանակն ավելացվեց։ Համապատասխանաբար, էլեկտրական դաշտը մեծացավ, և անկումը նորից դադարեց: Դա արվել է մի քանի անգամ։ Արդյունքում պարզվեց, որ ամեն անգամ փոշու մասնիկի լիցքը փոխվում է տարրական մասնիկի լիցքի բազմապատիկով։

Ioffe-ը չի հաշվարկել այս մասնիկի լիցքի մեծությունը։ Բայց 1925 թվականին նմանատիպ փորձ կատարելով՝ ֆիզիկոս Ն.Ի. Դոբրոնավովը, մի փոքր փոփոխելով փորձնական գործարանը և ցինկի փոխարեն օգտագործելով բիսմութի փոշու մասնիկներ, նա հաստատեց տեսությունը.