Până la începutul secolului XX. existenţa electronilor a fost stabilită într-o serie de experimente independente. Dar, în ciuda vastului material experimental acumulat de diverse școli științifice, electronul a rămas, strict vorbind, o particulă ipotetică. Motivul este că nu a existat un singur experiment la care să participe un singur electroni.
În primul rând, electronii au apărut ca o ipoteză convenabilă pentru a explica legile electrolizei, apoi au fost descoperiți într-o descărcare de gaz, ceea ce a confirmat existența lor în toate corpurile. Cu toate acestea, nu a fost clar dacă fizica are de-a face cu același electron, același pentru toate substanțele și corpurile, sau dacă proprietățile unui electron sunt caracteristici medii ale unei mari varietăți de „frați de electroni”.

Pentru a răspunde la această întrebare în 1910-1911, omul de știință american Robert Andrews Milliken și fizicianul sovietic Abram Fedorovich Ioffe au făcut în mod independent experimente precise, în care a fost posibil să se observe un singur electroni.
În experimentele lor, într-un vas închis 1, aerul din care a fost evacuat de o pompă la vid înalt, au fost două poziționate orizontal. plăci metalice 2. Un nor de particule de praf metalic încărcat sau picături de ulei a fost plasat între ele prin tubul 3. Au fost observate la microscop 4 cu o scară specială, care a făcut posibilă observarea așezării (căderii) lor.
Să presupunem că particulele de praf sau picăturile au fost încărcate negativ înainte de a fi plasate între plăci. Prin urmare, depunerea (căderea) lor poate fi oprită dacă placa inferioară este încărcată negativ, iar cea superioară pozitiv. Așa au făcut, atingând echilibrul unei particule de praf (picătură), care a fost observată la microscop.


Apoi încărcătura particulelor de praf (picături) a fost redusă acționând asupra lor cu ultraviolete sau raze X. Particulele de praf (picături) au început să cadă, pe măsură ce forța electrică de susținere a scăzut. Informarea plăcilor metalice o taxă suplimentară și, prin urmare, întărirea câmp electric, particulele de praf au fost oprite din nou. Acest lucru a fost făcut de mai multe ori, folosind de fiecare dată o formulă specială pentru a calcula încărcarea particulelor de praf.
Experimentele lui Millikan și Ioffe au arătat că încărcăturile picăturilor și particulelor de praf se schimbă întotdeauna treptat. „Porțiunea” minimă de sarcină electrică este elementară incarcare electrica, egal cu e = 1,6 10-19 C. Cu toate acestea, încărcătura unui grăunte de praf nu pleacă de la sine, ci împreună cu o particulă de materie. În consecință, în natură există o astfel de particulă de materie care are cea mai mică sarcină, atunci deja indivizibilă - sarcina unui electron. Datorită experimentelor Ioffe-Milliken, existența electronului s-a transformat dintr-o ipoteză într-un fapt confirmat științific.
În prezent, există informații despre existență particule elementare(quarci) cu sarcini electrice fracționate egale cu 1/Ze și 2/Ze. Cu toate acestea, sarcina electrică a oricărui corp este întotdeauna un multiplu întreg al sarcinii electrice elementare; alte „porțiuni” de sarcină electrică, capabile să treacă de la un corp la altul, nu au fost încă detectate experimental în natură.

Experiența Millikan- experienta de masurare sarcina electrica elementara(încărca electron) executat Robert Millikenși Harvey Fletcher(Engleză) Rusăîn 1909 .

Ideea experimentului este de a găsi un echilibru între gravitatie, Stokes forțași repulsie electrică. Prin controlul puterii câmpului electric, Milliken și Fletcher au păstrat mici picături de ulei echilibru mecanic. Repetând experimentul pentru mai multe picături, oamenii de știință au confirmat că sarcina totală a picăturii este alcătuită din mai multe încărcături elementare. Valoarea sarcinii electronilor din experimentul din 1911 s-a dovedit a fi egală cu cl, care diferă cu 1% de valoarea actuală în Cl.

Cerințe preliminare

În 1913 Profesor Universitatea din Chicago R. Milliken co-autorat cu H. Fletcher a publicat o schiță a experienței lor.

În acest experiment, a fost măsurată puterea câmpului electric, care poate reține o picătură încărcată de ulei între doi electrozi. Sarcina picăturii a fost măsurată din valoarea acestui câmp. Picăturile în sine au fost electrificate în timpul pulverizării. În vremuri de experiență nu era evidentă existența particule subatomice, și majoritatea fenomenelor fizice [ ce? ] ar putea fi explicată presupunând că sarcina este o cantitate în continuă schimbare.

Așa-zisul sarcina elementara e este unul dintre fundamentale constante fiziceși îl cunoașteți valoare exacta foarte important. În 1923, Millikan a primit Premiul Nobel pe fizică parțial pentru acest experiment.

Descrierea experienței

În spațiul dintre două plăci sub tensiune (într-un condensator), Millikan a injectat mici picături încărcate de ulei, care ar putea fi staționare într-un anumit câmp electric. Echilibrul a venit sub condiția , unde

Forțele rezultante ale gravitației și forțele lui Arhimede;

, unde la rândul său

Densitatea unei picături de ulei;

Raza sa în ipoteza că picătura este sferică;

Densitatea aerului

Din aceste formule, știind și, putem găsi. Pentru a determina raza picăturii, am măsurat rata de cădere uniformă a picăturii în absența unui câmp, deoarece mișcare uniformă se stabilește atunci când forța gravitației este echilibrată de forța de rezistență a aerului, unde este vâscozitatea aerului.

Era greu de fixat imobilitatea picăturii în acel moment, prin urmare, în locul unui câmp care satisface condiția, s-a folosit un câmp, sub influența căruia picătura a început să se miște în sus cu o viteză mică. Evident, dacă rata de ascensiune este egală, atunci

Pe parcursul experienței, fapt important: toate valorile obținute de Millikan s-au dovedit a fi multipli de aceeași valoare. Astfel, s-a demonstrat experimental că sarcina este o mărime discretă.

Pregătit de un elev de clasa a 11-A-A KOSH Nr. 125 Konovalova Kristina

slide 2

Experiența lui Ioffe - Millikan Abram Fedorovich Ioffe Robert AndrewsMilliken

slide 3

Experiența Ioffe-Milliken

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, într-o serie de experimente foarte diverse, s-a stabilit că există un anumit purtător al unei sarcini negative, care a fost numit electron. Cu toate acestea, aceasta a fost de fapt o unitate ipotetică, deoarece, în ciuda abundenței material practic, nu a fost efectuat un singur experiment care să implice un singur electron. Nu se știa dacă existau varietăți de electroni pentru diferite substanțe sau este întotdeauna același, ce sarcină poartă electronul, dacă sarcina poate exista separat de particulă. În general, au existat dezbateri aprinse despre electron în comunitatea științifică și nu a existat o bază practică suficientă care să oprească fără echivoc toate dezbaterile.

slide 4

Figura prezintă o diagramă a instalației utilizate în experimentul de A. F. Ioffe. Într-un vas închis, aerul din care era evacuat în vid înalt, erau două plăci metalice P așezate orizontal. Din camera A prin orificiul O în spațiul dintre plăci au ajuns mici particule de praf încărcate de zinc. Aceste particule de praf au fost observate la microscop.

slide 5

Deci, particulele de praf și picăturile încărcate în vid vor cădea de pe placa de sus în jos, dar acest proces poate fi oprit dacă placa de sus este încărcată pozitiv și placa de jos este încărcată negativ. Câmpul electric rezultat va acționa prin forțele Coulomb asupra particulelor încărcate, împiedicându-le să cadă. Prin ajustarea cantității de încărcare, s-au asigurat că particulele de praf plutesc în mijloc între plăci. În continuare, încărcarea particulelor sau picăturilor de praf a fost redusă prin iradierea lor cu raze X sau cu lumină ultravioletă. Pierzând încărcătura, particulele de praf au început să cadă din nou, au fost din nou oprite prin reglarea încărcăturii plăcilor. Acest proces a fost repetat de mai multe ori, calculând încărcarea picăturilor și a particulelor de praf folosind formule speciale. În urma acestor studii, s-a putut stabili că încărcarea granulelor sau picăturilor de praf s-a schimbat întotdeauna în salturi, cu o valoare strict definită, sau cu o mărime care este un multiplu al acestei valori.

slide 6

Abram Fedorovici Ioffe

Abram Fedorovich Ioffe este un fizician rus care a făcut multe descoperiri fundamentale și a efectuat o cantitate imensă de cercetări, inclusiv în domeniul electronicii. El a efectuat cercetări asupra proprietăților materialelor semiconductoare, a descoperit proprietatea de rectificare a tranziției metal-dielectric, care a fost explicată mai târziu folosind teoria efectului de tunel, a sugerat posibilitatea transformării luminii în electricitate.

Slide 7

Abram Fedorovich s-a născut la 14 octombrie 1980 în orașul Romny, provincia Poltava (azi regiunea Poltava, Ucraina) în familia unui comerciant. Întrucât tatăl lui Avram era un om destul de bogat, nu a fost zgârcit să dăruiască o educație bună fiului său. În 1897, Ioffe și-a făcut studiile medii într-o adevărată școală din orașul natal. În 1902 a absolvit la Sankt Petersburg Institutul tehnologicși a intrat la Universitatea din München din Germania. La München, el lucrează sub conducerea lui Wilhelm Conrad Roentgen însuși. Wilhelm Conrad, văzând hărnicia și nu oricum ce talent al studentului, încearcă să-l convingă pe Abram să rămână la München și să continue activitate științifică, dar Ioffe s-a dovedit a fi un patriot al țării sale. După ce a absolvit universitatea în 1906, după ce a primit grad dr., se întoarce în Rusia.

Slide 8

În Rusia, Ioffe se angajează la Institutul Politehnic. În 1911, el determină experimental mărimea sarcinii electronului folosind aceeași metodă ca și Robert Milliken (particulele de metal au fost echilibrate în câmpuri electrice și gravitaționale). Datorită faptului că Ioffe și-a publicat lucrarea abia doi ani mai târziu, gloria descoperirii măsurării sarcinii electronilor i-a revenit fizicianului american. Pe lângă determinarea sarcinii, Ioffe a dovedit realitatea existenței electronilor indiferent de materie, a investigat acțiune magnetică fluxul de electroni, a demonstrat natura statică a emisiei de electroni cu efect fotoelectric extern.

Slide 9

În 1913, Abram Fedorovich și-a susținut masterul, iar doi ani mai târziu teza de doctorat în fizică, care a fost studiul proprietăților elastice și electrice ale cuarțului. În perioada 1916-1923, el a studiat activ mecanismul conductivitate electrică diverse cristale. În 1923, la inițiativa lui Ioffe au început cercetările fundamentale și studiul proprietăților materialelor care erau complet noi la acea vreme - semiconductori. Prima lucrare în acest domeniu a fost realizată cu participarea directă a unui fizician rus și a vizat analiza fenomene electriceîntre semiconductor și metal. El a descoperit proprietatea de rectificare a tranziției metal-semiconductor, care a fost fundamentată doar 40 de ani mai târziu folosind teoria efectului de tunel.

Slide 10

Investigand efectul fotoelectric în semiconductori, Ioffe a exprimat la acea vreme o idee destul de îndrăzneață că ar fi posibilă transformarea energiei luminii în curent electric într-un mod similar. Aceasta a devenit o condiție prealabilă în viitor pentru crearea de generatoare fotovoltaice, și în special de convertoare de siliciu, utilizate ulterior ca parte a panouri solare. Împreună cu studenții săi, Abram Fedorovich creează un sistem de clasificare a semiconductorilor, precum și o metodă de determinare a principalului lor electric și proprietăți fizice. În special, studiul proprietăților lor termoelectrice a devenit ulterior baza pentru crearea frigiderelor termoelectrice cu semiconductor, utilizate pe scară largă în întreaga lume în domeniile electronicii radio, instrumentației și biologiei spațiului.

diapozitivul 11

Abram Fedorovich Ioffe a adus o contribuție uriașă la formarea și dezvoltarea fizicii și electronicii. A fost membru al multor Academii de Științe (Berlin și Goetingen, american, italian), precum și membru de onoare al multor universități din întreaga lume. A primit numeroase premii pentru realizările și cercetările sale. Abram Fedorovich a murit pe 14 octombrie 1960.

slide 12

Milliken Robert Andrus

Fizicianul american Robert Milliken s-a născut la Morrison (Illinois) la 22 martie 1868 în familia unui preot. După absolvire liceu Robert intră în Colegiul Oberlin din Ohio. Acolo, interesele sale s-au concentrat pe matematică și greacă veche. De dragul de a câștiga bani, el a expus fizica la facultate timp de doi ani. 1891 Millikan și-a primit diploma de licență și în 1893 diploma de master în fizică.

diapozitivul 13

La Universitatea Columbia, Milliken a studiat sub îndrumarea celebrului fizician M.I. Pupin. A petrecut o vară la Universitatea din Chicago, unde a lucrat sub renumitul fizician experimental Albert Abraham Michelson.

Slide 14

În 1895, și-a susținut teza de doctorat la Universitatea Columbia privind studiul polarizării luminii. Milliken a petrecut anul următor în Europa, unde s-a întâlnit cu Henri Becquerel, Max Planck, Walter Nernst, A. Poincaré.

diapozitivul 15

1896 Millikan sa întors la Universitatea din Chicago, unde a devenit asistentul lui Michelson. În următorii doisprezece ani, Milliken a scris mai multe manuale de fizică care au fost acceptate ca manuale pentru colegii și licee (cu completări, acestea au rămas așa timp de peste 50 de ani). 1910 Millikan a fost numit profesor de fizică.

slide 16

Robert Millikan a dezvoltat metoda drop, care a făcut posibilă măsurarea sarcinii electronilor și protonilor individuali (1910 - 1914) un numar mare de experimente privind calculul exact al sarcinii electronilor. Astfel, a demonstrat experimental caracterul discret al sarcinii electrice și pentru prima dată a determinat cu exactitate valoarea acesteia (4,774 * 10^-10 unități electrostatice). S-a verificat ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric în vizibil și raze ultraviolete, a determinat constanta lui Planck (1914).

Slide 17

1921 Milliken a fost numit director al noului laborator de fizică Bridgesive și președinte al comitetului executiv al Institutului de Tehnologie din California. Aici a efectuat o serie mare de studii ale razelor cosmice, în special experimente (1921 - 1922) cu snopi de aer cu electroscoape cu autoînregistrare la altitudini de 15.500 m.”.

Slide 18

În perioada 1925-1927. Millikan a demonstrat că efectul ionizant al radiațiilor cosmice scade odată cu adâncimea și a confirmat originea extraterestră a acestor „raze cosmice”. Explorând traiectoriile particulelor cosmice, el a dezvăluit particule alfa, electroni rapizi, protoni, neutroni, pozitroni și cuante gamma în ele. Independent de Vernov, el a descoperit efectul latitudinal al razelor cosmice în stratosferă.

Vizualizați toate diapozitivele

Ideea discretității sarcinii electrice a fost exprimată pentru prima dată de B. Franklin în 1752. Experimental, discretitatea sarcinilor a fost fundamentată de legile electrolizei descoperite de M. Faraday în 1834. Valoarea numerică sarcina elementara (cea mai mică sarcină electrică găsită în natură) a fost calculată teoretic pe baza legile electrolizei folosind numărul lui Avogadro. direct măsurare experimentală sarcina elementară a fost efectuată de R. Millikan în experimentele clasice efectuate în 1908 - 1916. Aceste experimente au oferit și dovezi de nerefuzat atomismul electricității.

Conform conceptelor de bază ale teoriei electronice, sarcina unui corp apare ca urmare a unei modificări a numărului de electroni conținute în acesta (sau ionii pozitivi, a căror sarcină este un multiplu al sarcinii electronului). Prin urmare, sarcina oricărui corp trebuie să se schimbe brusc și în astfel de porțiuni care conțin un număr întreg de sarcini electronice.

Toți fizicienii au fost interesați de mărimea sarcinii electrice a electronului și, cu toate acestea, până acum nu a fost posibil să o măsoare. Multe încercări de a efectua această măsurătoare decisivă fuseseră deja făcute de J. J. Thomson, dar trecuseră zece ani de muncă, iar asistentul lui Thomson G. Wilson a raportat că după unsprezece măsurători diferite au obținut unsprezece rezultate diferite.

Înainte de a începe cercetarea după propria sa metodă, Millikan a pus la punct experimente după metoda folosită la Universitatea Cambridge. Partea teoretică a experimentului a fost următoarea: masa corpului a fost determinată prin măsurarea presiunii produse de corp sub influența gravitației asupra cântarului. Dacă unei particule infinitezimale de materie i se dă o sarcină electrică și dacă se aplică o forță electrică ascendentă, egal cu puterea gravitația descendentă, atunci această particulă va fi în echilibru, iar fizicianul poate calcula mărimea sarcinii electrice. Dacă în acest caz, sarcina electrică a unui electron este transmisă particulei, va fi posibil să se calculeze mărimea acestei sarcini.

Teoria Cambridge era destul de logică, dar fizicienii nu au putut crea un dispozitiv cu care să fie posibil să se studieze particule individuale de substanțe. Au trebuit să se mulțumească cu observarea comportamentului unui nor de picături de apă încărcate cu electricitate. În camera, din care aerul a fost parțial îndepărtat, s-a creat un nor de abur. S-a aplicat curent în partea superioară a camerei. Prin anumit timp picăturile de ceață din nor s-au calmat. Apoi razele X au fost trecute prin ceață, iar picăturile de apă au primit o încărcare electrică.

În același timp, cercetătorii au crezut că forța electrică direcționată în sus către capacul camerei sub tensiune înaltă ar trebui să împiedice picăturile să cadă. Cu toate acestea, niciunul dintre conditii dificile, sub care și numai sub care, particulele ar putea fi într-o stare de echilibru.

Milliken a început să caute nouă cale rezolvarea problemelor.

Metoda se bazează pe studiul mișcării picăturilor de ulei încărcate într-un câmp electric uniform de putere cunoscută E.

Figura 15.2 Schema montajului experimental: P - pulverizator cu picături; K - condensator; IP - alimentare; M - microscop; hn este sursa de radiație; P - suprafața mesei.

O diagramă a uneia dintre instalațiile lui Millikan este prezentată în Figura 15.1. Millikan a măsurat sarcina electrică concentrată pe mici picături sferice individuale care au fost formate de pulverizatorul P și au dobândit o sarcină electrică prin electrificare prin frecare împotriva pereților pulverizatorului. Printr-o mică gaură din placa superioară a condensatorului plat K, au căzut în spațiul dintre plăci. Mișcarea picăturii a fost observată la microscop de M.

Pentru a proteja picăturile de curenții de aer prin convecție, condensatorul este închis într-o carcasă de protecție, a cărei temperatură și presiune sunt menținute constante. La efectuarea experimentelor, trebuie respectate următoarele cerințe:

A. picăturile trebuie să aibă dimensiuni microscopice, astfel încât forțele care acționează asupra căderii în direcții diferite (în sus și în jos) să fie comparabile ca mărime;

b. sarcina picăturii, precum și modificările acesteia în timpul iradierii (folosind un ionizator), au fost egale cu un număr destul de mic de sarcini elementare. Acest lucru facilitează stabilirea multiplicității sarcinii picăturii la sarcina elementară;

în. densitatea picăturii r trebuie să fie mai mare decât densitatea mediului vâscos r 0 în care se deplasează (aer);

d. Masa picăturii nu trebuie să se modifice pe parcursul întregului experiment. Pentru a face acest lucru, uleiul care alcătuiește picătura nu trebuie să se evapore (uleiul se evaporă mult mai lent decât apa).

Dacă plăcile condensatorului nu au fost încărcate (intensitatea câmpului electric E = 0), atunci picătura a căzut încet, trecând de la placa superioară la cea inferioară. De îndată ce plăcile condensatorului au fost încărcate, au apărut modificări în mișcarea picăturii: în cazul unei sarcini negative pe picătură și a unei sarcini pozitive pe placa superioară a condensatorului, căderea căderii a încetinit, iar la la un moment dat și-a schimbat direcția de mișcare în sens opus - a început să se ridice spre placa superioară.

Determinarea sarcinii elementare prin intermediul unui experiment de calcul.

Cunoscând rata de cădere a căderii în absență câmp electrostatic(sarcina sa nu a jucat un rol) și rata de cădere a picăturii într-un câmp electrostatic dat și cunoscut, Millikan a putut calcula sarcina picăturii.

Datorită rezistenței vâscoase, picătura capătă o viteză constantă (constantă) aproape imediat după începerea mișcării (sau o schimbare a condițiilor de mișcare) și se mișcă uniform. Din cauza asta A= 0, iar viteza picăturii poate fi găsită. Notăm modulul vitezei constante în absența unui câmp electrostatic - v g , atunci:

v g = (m – m 0) g/k (16,5).

Dacă închideți circuitul electric al condensatorului (Fig. 1), atunci acesta va fi încărcat și va fi creat un câmp electrostatic în el E. În acest caz, sarcina va fi acționată de o forță suplimentară q E arătând în sus. Legea lui Newton în proiecția pe axa X și ținând cont de faptul că a = 0, va lua forma:

-(m – m0) g + q E – k vE = 0 (16,6)

vE = (q E – (m – m0) g/k (16,7),

unde vE este viteza constantă a căderii de ulei în câmpul electrostatic al condensatorului; v E > 0 dacă picătura se mișcă în sus, v E< 0, если капля движется вниз. Отсюда следует что

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

rezultă că prin măsurarea vitezelor în regim staționar în absența unui câmp electrostatic vg și în prezența acestuia vE se poate determina sarcina unei picături dacă se cunoaște coeficientul k = 6 p h r.

S-ar părea că pentru a găsi k, este suficient să se măsoare raza picăturii (vâscozitatea aerului este cunoscută din alte experimente). Cu toate acestea, măsurarea sa directă cu un microscop este imposibilă. Raza picăturii este de ordinul mărimii r = 10 -4 – 10 -6 cm, care este comparabilă în ordinea mărimii cu lungimea de undă a luminii. Prin urmare, microscopul oferă doar o imagine de difracție a picăturii, nepermițând măsurarea dimensiunii sale reale.

Informații despre raza picăturii pot fi obținute din datele experimentale despre mișcarea acesteia în absența unui câmp electrostatic. Cunoscând v g şi ţinând cont că

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

unde r este densitatea picăturii de ulei,

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

În experimentele sale, Millikan a schimbat sarcina picăturii aducând o bucată de radiu într-un condensator. În acest caz, radiația de radiu a ionizat aerul din cameră (Fig. 1), drept urmare picătura ar putea capta o încărcare suplimentară pozitivă sau negativă. Dacă înainte de aceasta picătura a fost încărcată negativ, atunci este clar că este mai probabil să atașeze ionii pozitivi la sine. Pe de altă parte, din cauza mișcarea termică Nu este exclusă adăugarea de ioni negativi ca urmare a ciocnirii cu aceștia. În ambele cazuri, sarcina picăturii se va modifica și - brusc - viteza de mișcare a acesteia v E ". Valoarea q" a încărcăturii modificate a căderii în conformitate cu (16.10) este dată de relația:

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

Din (1) și (3) se determină valoarea încărcăturii atașate picăturii:

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

Comparând valorile de sarcină ale aceleiași picături, s-ar putea asigura că modificarea încărcăturii și sarcina picăturii în sine sunt multipli ai aceleiași valori e 0 - sarcina elementară. În numeroasele sale experimente, Milliken a obținut diverse sensuri sarcinile q și q”, dar au reprezentat întotdeauna un multiplu de e 0 = 1,7 . 10 -19 Cl, adică q = n e 0 , unde n este un număr întreg. Din aceasta, Millikan a concluzionat că valoarea lui e 0 reprezintă cea mai mică cantitate de electricitate posibilă în natură, adică o „porțiune”, sau un atom de electricitate. Observarea mișcării aceleiași picături, i.e. pentru mișcarea sa în jos (în absența unui câmp electric) și în sus (în prezența unui câmp electric) în fiecare experiment, Millikan a repetat de multe ori, pornind și oprind câmpul electric în timp util. Precizia măsurării sarcinii unei picături depinde în esență de precizia măsurării vitezei acesteia.

După ce a stabilit prin experiență natura discretă a modificării sarcinii electrice, R. Milliken a putut să confirme existența electronilor și să determine sarcina unui electron (sarcină elementară) folosind metoda picăturii de ulei.

Sensul modern„atom” de electricitate e 0 = 1,602 . 10 -19 C. Această valoare este sarcina electrică elementară, ai cărei purtători sunt electronul e 0 = - 1,602 . 10 -19 C și proton e 0 = +1,602 . 10 -19 C. Lucrările lui Millikan au adus o contribuție uriașă fizicii și au dat un impuls extraordinar dezvoltării gândirii științifice în viitor.

întrebări de testare:

1. Care este esența metodei Thomson?

2. Schema de configurare experimentală?

3. Tub Thomson?

4. Derivarea formulei pentru raportul dintre sarcina și masa unei particule?

5. Care este sarcina principală a opticii electronilor și ionilor? Și cum se numesc de obicei?

6. Când a fost descoperită „metoda de focalizare magnetică”?

7. Care este esența lui?

8. Cum se determină sarcina specifică a unui electron?

9. Desenați o diagramă a instalației după experiența lui Millikan?

10. Ce cerințe trebuie respectate la efectuarea experimentului?

11. Determinarea sarcinii elementare printr-un experiment de calcul?

12. Derivarea formulei de sarcină a căderii în termeni de rata de cădere a căderii?

13. Care este sensul modern al „atomului” de electricitate?

Detalii Categorie: Electricitate si magnetism Postat pe 06.08.2015 05:51 Vizualizari: 5425

Una dintre constantele fundamentale în fizică este sarcina electrică elementară. Aceasta este scalar care caracterizează capacitatea corpurilor fizice de a lua parte la interacțiunea electromagnetică.

Sarcina electrică elementară este considerată a fi cea mai mică sarcină pozitivă sau negativă care nu poate fi împărțită. Valoarea sa este egală cu valoarea încărcăturii electronilor.

Faptul că orice sarcină electrică naturală este întotdeauna egală cu un număr întreg de sarcini elementare a fost sugerat în 1752 de celebrul politician Benjamin Franklin, un politician și diplomat care a fost, de asemenea, implicat în activități științifice și inventive, primul american care a devenit membru. de Academia RusăȘtiințe.

Benjamin Franklin

Dacă ipoteza lui Franklin este corectă și sarcina electrică a oricărui corp încărcat sau a unui sistem de corpuri constă dintr-un număr întreg de sarcini elementare, atunci această sarcină se poate schimba brusc cu o valoare care conține un număr întreg de sarcini electronice.

Pentru prima dată, acest lucru a fost confirmat și determinat destul de precis de un om de știință american, profesor la Universitatea din Chicago, Robert Milliken.

Experiența Millikan

Schema experimentului Millikan

Millikan a făcut primul său experiment faimos cu picături de ulei în 1909 cu asistentul său Harvey Fletcher. Ei spun că la început au plănuit să facă experimentul cu ajutorul picăturilor de apă, dar s-au evaporat în câteva secunde, ceea ce clar nu a fost suficient pentru a obține un rezultat. Apoi Milliken l-a trimis pe Fletcher la farmacie, de unde a cumpărat o sticlă cu spray și o fiolă cu ulei de ceas. Acest lucru a fost suficient pentru ca experiența să fie un succes. Ulterior, Millikan a primit pentru el Premiul Nobel, iar doctoratul lui Fletcher.

Robert Milliken

Harvey Fletcher

Ce a fost experimentul Millikan?

O picătură de ulei electrificată cade sub influența gravitației între două plăci metalice. Dar dacă se creează un câmp electric între ele, acesta va împiedica picătura să cadă. Măsurând puterea câmpului electric, se poate determina sarcina picăturii.

Experimentatorii au plasat două plăci metalice ale condensatorului în interiorul vasului. Cele mai mici picături de ulei au fost introduse acolo cu ajutorul unui pistol de pulverizare, care au fost încărcate negativ în timpul pulverizării ca urmare a frecării lor cu aerul.

În absența unui câmp electric, picătura cade

Sub acțiunea gravitației F w = mg, picăturile au început să cadă. Dar din moment ce nu erau în vid, ci într-un mediu, atunci forța de rezistență a aerului le-a împiedicat să cadă liber. Fres = 6πη rv 0 , Unde η este vâscozitatea aerului. Când Fw și F res echilibrată, căderea s-a uniformizat cu o viteză v0 . Măsurând această viteză, omul de știință a determinat raza căderii.

O picătură „plutește” sub influența unui câmp electric

Dacă în momentul în care picătura a căzut, plăcilor li s-a aplicat tensiune în așa fel încât placa superioară a primit o sarcină pozitivă și cea inferioară una negativă, picătura a încetat. A fost împiedicat de câmpul electric care a apărut. Picăturile păreau să plutească. Acest lucru sa întâmplat când puterea F r echilibrat de forța care acționează din câmpul electric F r = eE ,

Unde F r- forța rezultantă a gravitației și forța lui Arhimede.

F r = 4/3 pr 3 ( ρ – ρ 0) g

ρ este densitatea picăturii de ulei;

ρ 0 – densitatea aerului.

r este raza picăturii.

știind F r și E , este posibil să se determine valoarea e .

Deoarece era foarte dificil să se asigure că picătura rămâne staționară mult timp, Milliken și Fletcher au creat un câmp în care picătura, după oprire, a început să se miște în sus cu o viteză foarte mică. v . În acest caz

Experimentele au fost repetate de multe ori. Încărcările au fost transmise picăturilor prin iradierea lor cu un dispozitiv cu raze X sau ultraviolete. Dar de fiecare dată sarcina totală a picăturii a fost întotdeauna egală cu mai multe sarcini elementare.

În 1911, Milliken a descoperit că sarcina unui electron este 1,5924(17) x 10 -19 C. Omul de știință a greșit doar cu 1%. Valoarea sa modernă este 1,602176487 (10) x 10 -19 C.

Ioff experiență

Abram Fedorovici Ioffe

Trebuie spus că aproape simultan cu Millikan, dar independent de el, astfel de experimente au fost efectuate de fizicianul rus Abram Fedorovich Ioffe. Și configurația sa experimentală a fost similară cu cea a lui Millikan. Dar aerul a fost pompat din vas și s-a creat un vid în el. Și în loc de picături de ulei, Ioffe a folosit particule mici încărcate de zinc. Mișcarea lor a fost observată la microscop.

Instalare Ioffe

1- un metrou

2 camere

3 - plăci metalice

4 - microscop

5 - emițător de ultraviolete

Sub acțiunea unui câmp electrostatic, un grăunte de zinc a căzut. De îndată ce gravitația boabelor de praf a devenit egală cu forța care acționează asupra acestuia din cauza câmpului electric, căderea a încetat. Atâta timp cât încărcătura particulei de praf nu s-a schimbat, aceasta a continuat să atârne nemișcată. Dar dacă a fost expus la lumină ultravioletă, atunci sarcina sa a scăzut și echilibrul a fost perturbat. A început să cadă din nou. Apoi, cantitatea de încărcare de pe plăci a fost crescută. În consecință, câmpul electric a crescut, iar căderea s-a oprit din nou. Acest lucru a fost făcut de mai multe ori. Ca rezultat, s-a constatat că de fiecare dată sarcina unei particule de praf s-a schimbat cu un multiplu al sarcinii unei particule elementare.

Ioffe nu a calculat mărimea sarcinii acestei particule. Dar, după ce a efectuat un experiment similar în 1925, împreună cu fizicianul N.I. Dobronravov, după ce a modificat ușor instalația pilot și folosind particule de praf de bismut în loc de zinc, a confirmat teoria