Iki XX amžiaus pradžios. elektronų egzistavimas buvo nustatytas atliekant daugybę nepriklausomų eksperimentų. Tačiau, nepaisant didžiulės eksperimentinės medžiagos, sukauptos įvairių mokslines mokyklas, elektronas išliko, griežtai tariant, hipotetine dalele. Priežastis ta, kad nebuvo nei vieno eksperimento, kuriame dalyvautų pavieniai elektronai.
Iš pradžių elektronai pasirodė kaip patogi hipotezė elektrolizės dėsniams paaiškinti, vėliau jie buvo aptikti dujų išlydžio metu, kas patvirtino jų egzistavimą visuose kūnuose. Tačiau nebuvo aišku, ar fizika kalba apie tą patį elektroną, vienodą visoms medžiagoms ir kūnams, ar elektrono savybės yra suvidurkintos daugelio „elektronų brolių“ charakteristikos.

Norėdami atsakyti į šį klausimą 1910–1911 m., amerikiečių mokslininkas Robertas Andrewsas Millikenas ir sovietų fizikas Abramas Fedorovičius Ioffas savarankiškai padarė tikslūs eksperimentai, kuriame buvo galima stebėti pavienius elektronus.
Jų eksperimentuose uždarame inde 1, iš kurio oras siurbliu buvo pašalintas į aukštą vakuumą, buvo du horizontaliai išdėstyti metalinės plokštės 2. Per vamzdelį 3 tarp jų buvo patalpintas įkrautų metalo dulkių dalelių arba alyvos lašelių debesis. Jie buvo stebimi mikroskopu 4 su specialia skale, kuri leido stebėti jų nusėdimą (nukritimą).
Tarkime, kad dulkių dalelės ar lašeliai buvo neigiamai įkrauti prieš dedant tarp plokštelių. Todėl jų nusėdimą (kritimą) galima sustabdyti, jei apatinė plokštė įkraunama neigiamai, o viršutinė – teigiamai. Taip jie ir padarė, pasiekdami dulkių dalelės (lašelio) pusiausvyrą, kuri buvo stebima pro mikroskopą.


Tada dulkių dalelių (lašelių) krūvis buvo sumažintas veikiant jas ultravioletiniais arba rentgeno spinduliai. Sumažėjus atraminei elektrinei jėgai, pradėjo kristi dulkių dalelės (lašeliai). Informuojame apie metalines plokštes apie papildomą mokestį ir taip sustipriname elektrinis laukas, dulkių dalelė vėl buvo sustabdyta. Tai buvo daroma kelis kartus, kiekvieną kartą naudojant specialią formulę dulkių dalelių krūviui apskaičiuoti.
Millikan ir Ioffe eksperimentai parodė, kad lašų ir dulkių dalelių krūviai visada keičiasi laipsniškai. Minimali elektros krūvio „dalis“ yra elementari elektros krūvis, lygus e = 1,6 10-19 C. Tačiau dulkių grūdelio užtaisas išeina ne pats, o kartu su medžiagos dalele. Vadinasi, gamtoje yra tokia materijos dalelė, kuri turi mažiausią krūvį, tada jau nedaloma – elektrono krūvis. Ioffe-Milliken eksperimentų dėka elektrono egzistavimas iš hipotezės virto moksliškai patvirtintu faktu.
Šiuo metu yra informacijos apie egzistavimą elementariosios dalelės(kvarkai), kurių daliniai elektros krūviai lygūs 1/Ze ir 2/Ze. Tačiau bet kurio kūno elektrinis krūvis visada yra sveikasis elementariojo elektros krūvio kartotinis; kitos elektros krūvio „dalelės“, galinčios pereiti iš vieno kūno į kitą, gamtoje eksperimentiškai dar nebuvo aptiktos.

Millikano patirtis- matavimo patirtis elementarus elektros krūvis(mokestis elektronas) atliko Robertas Millikenas ir Harvey Fletcheris(Anglų) rusų 1909 metais .

Eksperimento idėja yra rasti pusiausvyrą tarp gravitacija, Stokso jėga ir elektrinis atstūmimas. Valdydami elektrinio lauko galią, Millikenas ir Fletcheris išlaikė mažus aliejaus lašelius mechaninis balansas. Kartodami eksperimentą keliems lašams, mokslininkai patvirtino, kad bendras lašo krūvis susideda iš kelių elementarių krūvių. Elektronų krūvio vertė 1911 m. eksperimente pasirodė lygi Cl, kuri skiriasi 1% nuo dabartinės vertės Cl.

Būtinos sąlygos

1913 metais Profesorius Čikagos universitetas R. Millikenas bendraautorystė su H. Fletcheriu paskelbė savo patirties juodraštį.

Šiame eksperimente buvo išmatuotas elektrinio lauko stiprumas, galintis išlaikyti įkrautą alyvos lašą tarp dviejų elektrodų. Kritimo krūvis buvo matuojamas pagal šio lauko vertę. Purškimo metu elektrifikavosi patys lašai. Patirties laikais egzistavimas nebuvo akivaizdus subatominės dalelės, ir dauguma fizinių reiškinių [ ką? ] galima paaiškinti darant prielaidą, kad krūvis yra nuolat kintantis dydis.

Vadinamasis elementarus krūvis e yra vienas iš pagrindinių fizinės konstantos ir pažinti jį tiksli vertė labai svarbus. 1923 metais Millikanas gavo Nobelio premijaįjungta fizika iš dalies šiam eksperimentui.

Patirties aprašymas

Erdvėje tarp dviejų įtampą turinčių plokščių (į kondensatorių) Millikanas įpurškė mažus įkrautus aliejaus lašelius, kurie galėjo nejudėti tam tikrame elektriniame lauke. Pusiausvyra atėjo su sąlyga , kur

Rezultatinės gravitacijos jėgos ir Archimedo jėgos;

, kur savo ruožtu

Alyvos lašo tankis;

Jo spindulys darant prielaidą, kad lašas yra sferinis;

Oro tankis

Iš šių formulių, žinodami ir, galime rasti. Norėdami nustatyti lašelio spindulį, išmatavome vienodo lašelio kritimo greitį, kai nėra lauko, nes vienodas judesys nustatomas, kai gravitacijos jėgą atsveria oro pasipriešinimo jėga, kur yra oro klampumas.

Tuo metu buvo sunku fiksuoti lašo nejudrumą, todėl vietoj sąlygą tenkinančio lauko buvo naudojamas laukas, kurio įtakoje lašas pradėjo judėti aukštyn mažu greičiu. Akivaizdu, kad jei kilimo greitis yra lygus, tada

Patirties eigoje, svarbus faktas: visos Millikan gautos vertės buvo tos pačios vertės kartotiniai. Taigi eksperimentiškai buvo įrodyta, kad krūvis yra atskiras dydis.

Parengė 11-A klasės mokinė KOSH Nr.125 Konovalova Kristina

skaidrė 2

Ioffe patirtis – Millikanas Abramas Fedorovičius Ioffas Robertas Andrewsas Millikenas

skaidrė 3

Ioffe-Milliken patirtis

Iki XIX amžiaus pabaigos, atlikus daugybę labai įvairių eksperimentų, buvo nustatyta, kad yra tam tikras neigiamo krūvio nešiklis, vadinamas elektronu. Tačiau tai iš tikrųjų buvo hipotetinis vienetas, nes, nepaisant gausos praktiška medžiaga, nebuvo atliktas nė vienas eksperimentas su vienu elektronu. Nebuvo žinoma, ar egzistuoja elektronų atmainos skirtingos medžiagos arba visada tas pats, kokį krūvį neša elektronas, ar krūvis gali egzistuoti atskirai nuo dalelės. Apskritai mokslo bendruomenėje vyko karštos diskusijos apie elektroną ir nebuvo pakankamai praktinio pagrindo, kuris vienareikšmiškai sustabdytų visas diskusijas.

skaidrė 4

Paveiksle parodyta A. F. Ioffe eksperimente naudotos instaliacijos schema. Uždarame inde, iš kurio oras buvo pašalintas į didelį vakuumą, buvo dvi metalinės plokštės P, išdėstytos horizontaliai. Iš kameros A per angą O į tarpą tarp plokščių pateko mažos įkrautos cinko dulkių dalelės. Šios dulkių dalelės buvo stebimos mikroskopu.

skaidrė 5

Taigi, įkrautos dulkių dalelės ir lašeliai vakuume nukris nuo viršutinės plokštės į apačią, tačiau šis procesas gali būti sustabdytas, jei viršutinė plokštė yra įkrauta teigiamai, o apatinė - neigiamai. Susidaręs elektrinis laukas veiks Kulono jėgomis įkrautas daleles, neleisdamas joms nukristi. Reguliuodami įkrovos dydį jie užtikrino, kad dulkių dalelės sklandytų viduryje tarp plokščių. Toliau dulkių dalelių ar lašelių krūvis buvo sumažintas apšvitinant juos rentgeno spinduliais arba ultravioletiniais spinduliais. Praradus įkrovą, dulkių dalelės vėl pradėjo kristi, jos vėl buvo sustabdytos reguliuojant plokščių krūvį. Šis procesas buvo pakartotas keletą kartų, specialiomis formulėmis apskaičiuojant lašų ir dulkių dalelių krūvį. Šių tyrimų metu buvo galima nustatyti, kad dulkių dalelių ar lašų krūvis visada keitėsi šuoliais, griežtai apibrėžta verte arba dydžiu, kuris yra šios vertės kartotinis.

skaidrė 6

Abramas Fedorovičius Ioffas

Abramas Fedorovičius Ioffe yra rusų fizikas, padaręs daug esminių atradimų ir atlikęs daugybę tyrimų, įskaitant elektronikos sritį. Jis atliko puslaidininkinių medžiagų savybių tyrimus, atrado metalo ir dielektriko perėjimo ištaisymo savybę, kuri vėliau buvo paaiškinta naudojant tunelio efekto teoriją, pasiūlė galimybę šviesą paversti į elektros.

7 skaidrė

Abramas Fedorovičius gimė 1980 m. spalio 14 d. Romny mieste, Poltavos provincijoje (dabar Poltavos sritis, Ukraina) pirklio šeimoje. Kadangi Abramo tėvas buvo gana turtingas žmogus, jis nebuvo šykštus dovanoti geras išsilavinimas savo sūnui. 1897 m. Ioffe vidurinį išsilavinimą įgijo tikroje gimtojo miesto mokykloje. 1902 m. baigė Sankt Peterburgą technologinis institutas ir įstojo į Miuncheno universitetą Vokietijoje. Miunchene jis dirba vadovaujant pačiam Wilhelmui Conradui Rentgenui. Vilhelmas Konradas, matydamas mokinio darbštumą ir ne šiaip kokį talentą, bando įtikinti Abramą likti Miunchene ir tęsti mokslinę veiklą, bet Ioffe pasirodė esąs savo šalies patriotas. Baigęs universitetą 1906 m., gavęs laipsnį daktaro laipsnį, jis grįžta į Rusiją.

8 skaidrė

Rusijoje Ioffe įsidarbina Politechnikos institute. 1911 metais jis eksperimentiškai nustato elektronų krūvio dydį, naudodamas tą patį metodą kaip Robertas Millikenas (metalo dalelės buvo subalansuotos elektriniame ir gravitaciniame laukuose). Dėl to, kad Ioffe'as savo darbą paskelbė tik po dvejų metų, elektronų krūvio matavimo atradimo šlovė atiteko amerikiečių fizikui. Be to, kad nustatė krūvį, Ioffe įrodė elektronų egzistavimo realumą nepriklausomai nuo materijos, ištyrė magnetinis veiksmas elektronų srautas, įrodė statinį elektronų emisijos pobūdį su išoriniu fotoelektriniu efektu.

9 skaidrė

1913 m. Abramas Fedorovičius apgynė magistro, o po dvejų metų daktaro disertaciją iš fizikos, kuri buvo kvarco tamprumo ir elektrinių savybių tyrimas. 1916–1923 metais jis aktyviai tyrinėjo mechanizmą elektrinis laidumasįvairūs kristalai. 1923 metais būtent Ioffe iniciatyva pradėti fundamentiniai tyrimai ir tyrinėti tuo metu visiškai naujų medžiagų – puslaidininkių – savybes. Pirmasis darbas šioje srityje buvo atliktas tiesiogiai dalyvaujant rusų fizikui ir buvo susijęs su analize elektriniai reiškiniai tarp puslaidininkio ir metalo. Jis atrado metalo ir puslaidininkio perėjimo ištaisymo savybę, kuri buvo pagrįsta tik po 40 metų naudojant tunelio efekto teoriją.

10 skaidrė

Tyrinėdamas fotoelektrinį efektą puslaidininkiuose, Ioffe tuo metu išsakė gana drąsią mintį, kad panašiu būdu būtų galima šviesos energiją paversti elektros srove. Tai tapo būtina sąlyga ateityje kuriant fotovoltinius generatorius, ypač silicio keitiklius, kurie vėliau buvo naudojami kaip dalis. saulės elementai. Kartu su savo mokiniais Abramas Fedorovičius sukuria puslaidininkių klasifikavimo sistemą, taip pat metodą, kaip nustatyti jų pagrindinius elektros ir fizines savybes. Visų pirma, jų termoelektrinių savybių tyrimas vėliau tapo pagrindu kuriant puslaidininkinius termoelektrinius šaldytuvus, plačiai naudojamus visame pasaulyje radijo elektronikos, prietaisų ir kosmoso biologijos srityse.

skaidrė 11

Abramas Fedorovičius Ioffas labai prisidėjo prie fizikos ir elektronikos formavimo ir plėtros. Jis buvo daugelio mokslų akademijų (Berlyno ir Getingeno, Amerikos, Italijos) narys, taip pat daugelio pasaulio universitetų garbės narys. Jis gavo daugybę apdovanojimų už savo pasiekimus ir mokslinius tyrimus. Abramas Fedorovičius mirė 1960 m. spalio 14 d.

skaidrė 12

Millikenas Robertas Andrusas

Amerikiečių fizikas Robertas Millikenas gimė Morisone (Ilinojus) 1868 m. kovo 22 d. kunigo šeimoje. Pabaigus studijas vidurinė mokykla Robertas įstoja į Oberlin koledžą Ohajo valstijoje. Ten jo interesai buvo sutelkti į matematiką ir senovės graikų kalbą. Norėdamas užsidirbti, jis dvejus metus dėstė fiziką koledže. 1891 m. Millikanas įgijo fizikos bakalauro, o 1893 m. – magistro laipsnius.

skaidrė 13

Kolumbijos universitete Millikenas mokėsi vadovaujamas garsaus fiziko M.I.Pupino. Vieną vasarą jis praleido Čikagos universitete, kur dirbo pas garsųjį eksperimentinį fiziką Albertą Abrahamą Michelsoną.

14 skaidrė

1895 m. Kolumbijos universitete apgynė daktaro disertaciją apie šviesos poliarizacijos tyrimą. Kitus metus Millikenas praleido Europoje, kur susitiko su Henri Becquerel, Max Planck, Walteriu Nernstu, A. Poincaré.

skaidrė 15

1896 m. Millikanas grįžo į Čikagos universitetą, kur tapo Michelsono asistentu. Per ateinančius dvylika metų Millikenas parašė keletą fizikos vadovėlių, kurie buvo priimti kaip vadovėliai kolegijoms ir aukštosioms mokykloms (su papildymais jie tokie išliko daugiau nei 50 metų). 1910 m. Millikanas buvo paskirtas fizikos profesoriumi.

skaidrė 16

Robertas Millikanas sukūrė kritimo metodą, kuris leido išmatuoti atskirų elektronų ir protonų krūvį (1910–1914). didelis skaičius eksperimentai, skirti tiksliai apskaičiuoti elektronų krūvį. Taigi jis eksperimentiškai įrodė elektros krūvio diskretiškumą ir pirmą kartą tiksliai nustatė jo vertę (4,774 * 10^-10 elektrostatinių vienetų). Patikrintas Einšteino lygtis fotoelektriniam efektui matomoje ir ultravioletiniai spinduliai, nustatė Planko konstantą (1914).

17 skaidrė

1921 m. Millikenas buvo paskirtas naujosios Bridgesive Physical Laboratory direktoriumi ir Kalifornijos technologijos instituto vykdomojo komiteto pirmininku. Čia jis atliko daugybę kosminių spindulių tyrimų, ypač eksperimentų (1921–1922 m.) su oro skriemuliais su savaime registruojančiais elektroskopais 15 500 m aukštyje.

18 skaidrė

Per 1925-1927 m. Millikanas įrodė, kad kosminės spinduliuotės jonizuojantis poveikis mažėja didėjant gyliui, ir patvirtino nežemišką šių „kosminių spindulių“ kilmę. Tyrinėdamas kosminių dalelių trajektorijas, jis atskleidė jose alfa daleles, greituosius elektronus, protonus, neutronus, pozitronus ir gama kvantus. Nepriklausomai nuo Vernovo, jis atrado platumos kosminių spindulių poveikį stratosferoje.

Peržiūrėkite visas skaidres

Elektros krūvio diskretiškumo idėją pirmą kartą išreiškė B. Franklinas 1752 m. Eksperimentiškai krūvių diskretiškumas buvo pagrįstas elektrolizės dėsniais, kuriuos atrado M. Faraday 1834 m. Skaitinė reikšmė elementarus krūvis (mažiausias gamtoje randamas elektros krūvis) buvo teoriškai apskaičiuotas remiantis elektrolizės dėsniais, naudojant Avogadro skaičių. tiesioginis eksperimentinis matavimas elementarų krūvį R. Millikanas atliko klasikiniuose eksperimentuose, atliktuose 1908 - 1916 m. Šie eksperimentai taip pat suteikė nepaneigiamų įrodymų elektros atomizmas.

Remiantis pagrindinėmis elektroninės teorijos sampratomis, kūno krūvis atsiranda pasikeitus jame esančių elektronų (arba teigiamų jonų, kurių krūvis yra elektrono krūvio kartotinis) skaičiui. Todėl bet kurio kūno krūvis turi keistis staigiai ir tokiomis dalimis, kuriose yra sveikasis elektronų krūvių skaičius.

Visi fizikai domėjosi elektrono elektros krūvio dydžiu, tačiau iki šiol jo išmatuoti nepavyko. J. J. Thomsonas jau bandė atlikti šį lemiamą matavimą, tačiau praėjo dešimt darbo metų, o Thomsono padėjėjas G. Wilsonas pranešė, kad po vienuolikos skirtingų matavimų jie gavo vienuolika skirtingų rezultatų.

Prieš pradėdamas tyrimus pagal savo metodą, Millikanas surengė eksperimentus pagal Kembridžo universitete naudotą metodą. Teorinė eksperimento dalis buvo tokia: kūno masė buvo nustatyta išmatavus slėgį, kurį ant svarstyklių sukelia kūnas veikiamas gravitacijos. Jei be galo mažai medžiagos dalelei suteikiamas elektros krūvis ir veikiama aukštyn nukreipta elektros jėga, lygus jėgai gravitacija žemyn, tada ši dalelė bus pusiausvyroje, ir fizikas gali apskaičiuoti elektros krūvio dydį. Jei tokiu atveju dalelei bus perduotas vieno elektrono elektros krūvis, bus galima apskaičiuoti šio krūvio dydį.

Kembridžo teorija buvo gana logiška, tačiau fizikai negalėjo sukurti prietaiso, su kuriuo būtų galima tirti atskiras medžiagų daleles. Jie turėjo pasitenkinti stebėdami, kaip elgiasi elektra įkrautas vandens lašų debesis. Kameroje, iš kurios buvo iš dalies pašalintas oras, susidarė garų debesis. Srovė buvo nukreipta į kameros viršų. Per tam tikras laikas rūko lašeliai debesyje nurimo. Tada per rūką buvo praleisti rentgeno spinduliai, vandens lašai gavo elektros krūvį.

Tuo pačiu metu mokslininkai manė, kad elektros jėga, nukreipta aukštyn į kameros dangtį esant aukštai įtampai, turėtų neleisti lašams nukristi. Tačiau nė vienas iš sunkiomis sąlygomis, pagal kurią ir tik pagal kurią dalelės galėtų būti pusiausvyros būsenoje.

Millikenas pradėjo ieškoti naujas būdas problemų sprendimas.

Metodas pagrįstas įkrautų alyvos lašelių judėjimo vienodame žinomo stiprumo E elektriniame lauke tyrimu.

15.2 pav Eksperimentinės sąrankos schema: P - lašinamas purkštuvas; K - kondensatorius; IP - maitinimo šaltinis; M - mikroskopas; hn yra spinduliuotės šaltinis; P - stalo paviršius.

Vienos Millikan įrenginių schema parodyta 15.1 pav. Millikanas išmatavo elektrinį krūvį, susikoncentravusį į atskirus mažus sferinius lašelius, kuriuos suformavo purkštuvas P ir įgavo elektrinį krūvį elektrifikuodamasis dėl trinties į purkštuvo sieneles. Pro nedidelę skylutę plokščiojo kondensatoriaus K viršutinėje plokštėje jie pateko į tarpą tarp plokščių. Lašo judėjimą mikroskopu stebėjo M.

Siekiant apsaugoti lašelius nuo konvekcinių oro srovių, kondensatorius yra uždengtas apsauginiu korpusu, kurio temperatūra ir slėgis palaikomi pastovūs. Atliekant eksperimentus reikia laikytis šių reikalavimų:

a. lašai turi būti mikroskopinio dydžio, kad skirtingomis kryptimis (aukštyn ir žemyn) lašą veikiančių jėgų dydis būtų panašus;

b. lašo krūvis, taip pat jo pokyčiai švitinant (naudojant jonizatorių) buvo lygūs gana mažam elementariųjų krūvių skaičiui. Taip lengviau nustatyti kritimo krūvio daugumą iki elementariojo krūvio;

in. lašo tankis r turi būti didesnis už klampios terpės, kurioje jis juda, tankį r 0 (oro);

d) Lašo masė viso eksperimento metu neturėtų keistis. Norėdami tai padaryti, aliejus, sudarantis lašą, neturėtų išgaruoti (aliejus išgaruoja daug lėčiau nei vanduo).

Jei kondensatoriaus plokštės nebuvo įkrautos (elektrinio lauko stipris E = 0), tada lašas lėtai nukrito, judėdamas iš viršutinės plokštės į apatinę. Kai tik kondensatoriaus plokštelės buvo įkraunamos, įvyko lašo judėjimo pokyčiai: esant neigiamam lašo krūviui ir teigiamam viršutinės kondensatoriaus plokštės krūviui, lašo kritimas sulėtėjo, o tam tikru momentu jis pakeitė judėjimo kryptį į priešingą – pradėjo kilti link viršutinės plokštės.

Elementariojo krūvio nustatymas skaičiavimo eksperimentu.

Žinant kritimo greitį nesant elektrostatinis laukas(jo krūvis nevaidino jokio vaidmens) ir kritimo greitį tam tikrame ir žinomame elektrostatiniame lauke, Millikanas galėjo apskaičiuoti kritimo krūvį.

Dėl klampaus pasipriešinimo lašas įgauna pastovų (pastovų) greitį beveik iškart po judėjimo pradžios (arba pasikeitus judėjimo sąlygoms) ir juda tolygiai. Dėl to a= 0, ir galima rasti kritimo greitį. Žymime pastovaus greičio modulį, kai nėra elektrostatinio lauko - v g , tada:

v g = (m – m 0) g/k (16,5).

Jei uždarysite kondensatoriaus elektros grandinę (1 pav.), tada jis bus įkrautas ir jame susidarys elektrostatinis laukas. E. Tokiu atveju įkrovą veiks papildoma jėga q E nukreiptas į viršų. Niutono dėsnis projekcijoje ant X ašies ir atsižvelgiant į tai, kad a = 0, bus tokia forma:

-(m – m0) g + q E – k vE = 0 (16,6)

vE = (q E – (m – m0) g/k (16,7),

čia vE – pastovus alyvos kritimo kondensatoriaus elektrostatiniame lauke greitis; v E > 0, jei lašas juda aukštyn, v E< 0, если капля движется вниз. Отсюда следует что

q = (vE + |vg|)k/E (16,8),

iš to seka, kad matuojant pastovius greičius, kai nėra elektrostatinio lauko vg ir jam esant vE, galima nustatyti lašo krūvį, jei žinomas koeficientas k = 6 p h r.

Atrodytų, kad norint rasti k, pakanka išmatuoti lašo spindulį (oro klampumas žinomas iš kitų eksperimentų). Tačiau jo tiesioginis išmatavimas mikroskopu yra neįmanomas. Kritimo spindulys yra r = 10 -4 – 10 -6 cm dydžio, o tai pagal dydį palyginama su šviesos bangos ilgiu. Todėl mikroskopas pateikia tik difrakcinį lašo vaizdą, neleidžiantį išmatuoti jo tikrųjų matmenų.

Informaciją apie kritimo spindulį galima gauti iš eksperimentinių duomenų apie jo judėjimą, kai nėra elektrostatinio lauko. Žinant v g ir atsižvelgiant į tai

m - m 0 \u003d (r - r 0) 4 p r 3 / 3 (16,9),

kur r yra alyvos lašo tankis,

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

Savo eksperimentuose Millikanas pakeitė lašo krūvį, atnešdamas radžio gabalėlį į kondensatorių. Šiuo atveju radžio spinduliuotė jonizavo orą kameroje (1 pav.), dėl to lašas galėjo užfiksuoti papildomą teigiamą arba neigiamą krūvį. Jei prieš tai lašas buvo neigiamai įkrautas, tai aišku, kad jis labiau linkęs prie savęs pritvirtinti teigiamus jonus. Kita vertus, dėl terminis judėjimas Neatmetama galimybė, kad dėl susidūrimo su jais gali atsirasti neigiamų jonų. Abiem atvejais pasikeis kritimo krūvis ir - staigiai - jo judėjimo greitis v E ". Pakitusio kritimo krūvio reikšmė q" pagal (16.10) pateikiama ryšiu:

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

Iš (1) ir (3) nustatoma prie lašelio pritvirtinto krūvio vertė:

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

Palyginus to paties lašo krūvio reikšmes, būtų galima įsitikinti, kad krūvio pokytis ir paties lašo krūvis yra tos pačios vertės e 0 kartotiniai – elementarus krūvis. Atlikdamas daugybę eksperimentų Millikenas gavo įvairios reikšmės krūviai q ir q", bet jie visada reiškė e 0 = 1,7 kartotinį . 10 -19 Cl, ty q = n e 0, kur n yra sveikas skaičius. Iš to Millikanas padarė išvadą, kad e 0 reikšmė reiškia mažiausią įmanomą elektros kiekį gamtoje, tai yra „porciją“ arba elektros atomą. To paties lašo judėjimo stebėjimas, t.y. jo judėjimą žemyn (nesant elektrinio lauko) ir aukštyn (esant elektriniam laukui) kiekviename eksperimente Millikanas kartojo daug kartų, laiku įjungdamas ir išjungdamas elektrinį lauką. Lašo krūvio matavimo tikslumas iš esmės priklauso nuo jo greičio matavimo tikslumo.

Patirtimi nustatęs diskretišką elektros krūvio kitimo pobūdį, R. Millikenas sugebėjo patvirtinti elektronų egzistavimą ir alyvos lašo metodu nustatyti vieno elektrono krūvį (elementarinį krūvį).

Šiuolaikinė prasmė elektros "atomas" e 0 = 1,602 . 10-19 C. Ši reikšmė yra elementarus elektros krūvis, kurio nešikliai yra elektronas e 0 = - 1,602 . 10 -19 C ir protonų e 0 = +1,602 . 10-19 C. Millikano darbai padarė didžiulį indėlį į fiziką ir suteikė didžiulį impulsą mokslinės minties raidai ateityje.

testo klausimai:

1. Kokia Tomsono metodo esmė?

2. Eksperimentinės sąrankos schema?

3. Thomson vamzdis?

4. Krūvio ir dalelės masės santykio formulės išvedimas?

5. Koks pagrindinis elektronų ir jonų optikos uždavinys? Ir kaip jie paprastai vadinami?

6. Kada buvo atrastas „magnetinio fokusavimo metodas“?

7. Kokia jo esmė?

8. Kaip nustatomas specifinis elektrono krūvis?

9. Nubraižykite įrengimo schemą pagal Millikano patirtį?

10. Kokių reikalavimų reikia laikytis atliekant eksperimentą?

11. Elementariojo krūvio nustatymas skaičiavimo eksperimentu?

12. Kritimo įkrovos formulės išvedimas pagal kritimo greitį?

13. Kokia šiuolaikinė elektros „atomo“ reikšmė?

Išsami informacija Kategorija: Elektra ir magnetizmas Paskelbta 2015-08-06 05:51 Peržiūrų: 5425

Viena iš pagrindinių fizikos konstantų yra elementarus elektros krūvis. Tai yra skaliarinis apibūdinantis fizinių kūnų gebėjimą dalyvauti elektromagnetinėje sąveikoje.

Elementariuoju elektros krūviu laikomas mažiausias teigiamas arba neigiamas krūvis, kurio negalima padalyti. Jo reikšmė lygi elektrono krūvio dydžiui.

Tai, kad bet koks gamtoje atsirandantis elektros krūvis visada yra lygus sveikajam elementariųjų krūvių skaičiui, 1752 m. pasiūlė garsus politikas Benjaminas Franklinas, politikas ir diplomatas, taip pat užsiėmęs moksline ir išradinga veikla, pirmasis amerikietis, tapęs nariu. apie Rusijos akademija Mokslai.

Benjaminas Franklinas

Jei Franklino prielaida yra teisinga, o bet kurio įkrauto kūno ar kūnų sistemos elektrinis krūvis susideda iš sveiko skaičiaus elementariųjų krūvių, tai šis krūvis gali staigiai pasikeisti verte, kurioje yra sveikasis elektronų krūvių skaičius.

Pirmą kartą tai patvirtino ir gana tiksliai nustatė amerikiečių mokslininkas, Čikagos universiteto profesorius Robertas Millikenas.

Millikano patirtis

Millikano eksperimento schema

Millikanas atliko pirmąjį garsųjį aliejaus lašo eksperimentą 1909 m. su savo padėjėju Harvey Fletcheriu. Jie sako, kad iš pradžių planavo eksperimentą atlikti su vandens lašais, tačiau jie išgaravo per kelias sekundes, o to akivaizdžiai nepakako rezultatui gauti. Tada Millikenas nusiuntė Fletcherį į vaistinę, kur nusipirko purškimo buteliuką ir buteliuką su laikrodžių aliejumi. To pakako, kad patirtis būtų sėkminga. Vėliau Millikanas už jį gavo Nobelio premija ir Fletcherio daktaro laipsnis.

Robertas Millikenas

Harvey Fletcheris

Kas buvo Millikano eksperimentas?

Įelektrintas alyvos lašelis, veikiamas gravitacijos, nukrenta tarp dviejų metalinių plokščių. Bet jei tarp jų sukuriamas elektrinis laukas, tai neleis lašeliui nukristi. Išmatavus elektrinio lauko stiprumą, galima nustatyti lašo krūvį.

Eksperimentuotojai indo viduje įdėjo dvi metalines kondensatoriaus plokštes. Purškimo pistoleto pagalba ten buvo patalpinti mažiausi aliejaus lašeliai, kurie dėl trinties prieš orą purškimo metu buvo neigiamai įkrauti.

Jei nėra elektrinio lauko, lašelis nukrenta

Veikiant gravitacijai F w = mg, lašeliai pradėjo kristi žemyn. Bet kadangi jie buvo ne vakuume, o terpėje, oro pasipriešinimo jėga neleido jiems laisvai kristi Fres = 6πη rv 0 , kur η yra oro klampumas. Kada Fw ir F res subalansuotas, kritimas tapo vienodas su greičiu v0 . Išmatavus šį greitį, mokslininkas nustatė kritimo spindulį.

Lašelis „plūduriuoja“ veikiamas elektrinio lauko

Jei tuo metu lašelis nukrito, plokštelėms buvo tiekiama įtampa, kad viršutinė plokštė gautų teigiamą krūvį, o apatinė - neigiamą, lašas sustojo. Jam sutrukdė atsirandantis elektrinis laukas. Lašai tarsi plūduriavo. Tai atsitiko, kai valdžia F r subalansuotas iš elektrinio lauko veikiančios jėgos F r = eE ,

kur F r- atstojamoji gravitacijos jėga ir Archimedo jėga.

F r = 4/3 pr 3 ( ρ – ρ 0) g

ρ yra alyvos lašo tankis;

ρ 0 – oro tankis.

r yra kritimo spindulys.

Žinant F r ir E , galima nustatyti vertę e .

Kadangi buvo labai sunku užtikrinti, kad lašelis ilgą laiką išliktų nejudantis, Millikenas ir Fletcheris sukūrė lauką, kuriame lašelis, sustojęs, pradėjo judėti aukštyn labai mažu greičiu. v . Tokiu atveju

Eksperimentai buvo kartojami daug kartų. Krūviai buvo perduodami lašeliams apšvitinant juos rentgeno ar ultravioletiniu prietaisu. Bet kiekvieną kartą bendras kritimo krūvis visada buvo lygus keliems elementariems krūviams.

1911 metais Millikenas nustatė, kad elektrono krūvis yra 1,5924(17) x 10 -19 C. Mokslininkas klydo tik 1 proc. Šiuolaikinė jo vertė yra 1,602176487 (10) x 10 -19 C.

Turiu patirties

Abramas Fedorovičius Ioffas

Reikia pasakyti, kad beveik kartu su Millikanu, bet nepriklausomai nuo jo, tokius eksperimentus atliko rusų fizikas Abramas Fedorovičius Ioffe. Ir jo eksperimentinė sąranka buvo panaši į Millikano. Tačiau iš indo buvo išpumpuotas oras, o jame susidarė vakuumas. Vietoj aliejaus lašelių Ioffe naudojo mažas įkrautas cinko daleles. Jų judėjimas buvo stebimas mikroskopu.

Ioff montavimas

1- vamzdelis

2-kamera

3 - metalinės plokštės

4 - mikroskopas

5 - ultravioletinių spindulių skleidėjas

Veikiant elektrostatiniam laukui, nukrito cinko grūdelis. Kai tik dulkių grūdo gravitacija tapo lygi jėgai, veikiančiai jį iš elektrinio lauko, kritimas sustojo. Kol dulkių dalelės krūvis nesikeitė, ji ir toliau kabojo nejudėdama. Bet jei jis buvo veikiamas ultravioletinių spindulių, tada jo įkrova sumažėjo, o pusiausvyra buvo sutrikdyta. Ji vėl pradėjo kristi. Tada buvo padidintas įkrovos kiekis ant plokštelių. Atitinkamai elektrinis laukas padidėjo, o kritimas vėl sustojo. Tai buvo daroma kelis kartus. Dėl to buvo nustatyta, kad kiekvieną kartą dulkių dalelės krūvis pasikeitė elementariosios dalelės krūvio kartotiniu.

Ioffas neapskaičiavo šios dalelės krūvio dydžio. Tačiau 1925 m., atlikęs panašų eksperimentą, kartu su fiziku N.I. Dobronravovas, šiek tiek modifikavęs bandomąją gamyklą ir vietoj cinko panaudojęs bismuto dulkių daleles, patvirtino teoriją.