Do začetka XX stoletja. obstoj elektronov je bil ugotovljen v številnih neodvisnih poskusih. Toda kljub ogromnemu eksperimentalnemu materialu, ki so ga nabrali različni znanstvene šole, je elektron ostal, strogo gledano, hipotetični delec. Razlog je v tem, da ni bilo niti enega poskusa, v katerem bi sodelovali posamezni elektroni.
Najprej so se pojavili elektroni kot priročna hipoteza za razlago zakonov elektrolize, nato pa so jih odkrili v plinski razelektritvi, ki je potrdila njihov obstoj v vseh telesih. Vendar ni bilo jasno, ali se fizika ukvarja z istim elektronom, enakim za vse snovi in ​​telesa, ali pa so lastnosti elektrona povprečne značilnosti najrazličnejših "bratov elektronov".

Za odgovor na to vprašanje v letih 1910-1911 sta ameriški znanstvenik Robert Andrews Milliken in sovjetski fizik Abram Fedorovič Ioffe neodvisno naredila natančne eksperimente, v katerem je bilo mogoče opazovati posamezne elektrone.
V njihovih poskusih sta bili v zaprti posodi 1, iz katere je bil zrak s črpalko evakuiran v visok vakuum, dva vodoravno nameščena kovinske plošče 2. Med njimi je bil skozi cev 3 nameščen oblak nabitih kovinskih prašnih delcev ali oljnih kapljic. Opazovali so jih pod mikroskopom 4 s posebno skalo, ki je omogočala opazovanje njihovega usedanja (padanja).
Predpostavimo, da so bili prašni delci ali kapljice negativno nabiti, preden so bili postavljeni med plošče. Zato je njihovo usedanje (padanje) mogoče ustaviti, če je spodnja plošča nabita negativno, zgornja pa pozitivno. Tako so tudi storili, saj so dosegli ravnotežje prašnega delca (kapljice), ki so ga opazovali pod mikroskopom.


Nato smo naboj prašnih delcev (kapljic) zmanjšali z delovanjem nanje z ultravijoličnim oz rentgenski žarki. Prašni delci (kapljice) so začeli padati, saj se je nosilna električna sila zmanjšala. Obveščanje kovinskih plošč dopolnitev in s tem krepitev električno polje, se je prašni delček ponovno ustavil. To je bilo storjeno večkrat, vsakič z uporabo posebne formule za izračun naboja prašnih delcev.
Poskusi Millikana in Ioffeja so pokazali, da se naboji kapljic in prašnih delcev vedno spreminjajo postopoma. Najmanjši "del" električnega naboja je elementaren električni naboj, enako e = 1,6 10-19 C. Vendar naboj prašnega zrna ne zapusti sam, ampak skupaj z delcem snovi. Posledično v naravi obstaja tak delec snovi, ki ima najmanjši naboj, takrat že nedeljiv - naboj elektrona. Zahvaljujoč poskusom Ioffe-Millikena se je obstoj elektrona iz hipoteze spremenil v znanstveno potrjeno dejstvo.
Trenutno obstajajo informacije o obstoju elementarni delci(kvarki) z delnimi električnimi naboji, enakimi 1/Ze in 2/Ze. Vendar je električni naboj katerega koli telesa vedno celo število večkratnik osnovnega električnega naboja; drugih "delov" električnega naboja, ki bi lahko prehajali iz enega telesa v drugo, v naravi še niso eksperimentalno odkrili.

Izkušnja Millikana- izkušnje z merjenjem elementarni električni naboj(napolniti elektron) izvede Robert Milliken in Harvey Fletcher(Angleščina) ruski leta 1909 .

Ideja eksperimenta je najti ravnovesje med gravitacija, Stokesova sila in električni odboj. Z nadzorovanjem moči električnega polja sta Milliken in Fletcher zadržala majhne kapljice olja mehansko ravnovesje. S ponovitvijo poskusa za več kapljic so znanstveniki potrdili, da je celoten naboj kapljice sestavljen iz več osnovnih nabojev. Izkazalo se je, da je vrednost naboja elektronov v poskusu iz leta 1911 enaka Cl, ki se od trenutne vrednosti v Cl razlikuje za 1 %.

Predpogoji

Leta 1913 Profesor Univerza v Chicagu R. Milliken soavtorstvo s H. Fletcherjem objavili osnutek svojih izkušenj.

V tem poskusu so izmerili jakost električnega polja, ki lahko zadrži nabito kapljico olja med dvema elektrodama. Naboj kapljice je bil izmerjen iz vrednosti tega polja. Same kapljice so se med škropljenjem naelektrile. V času izkušenj obstoj ni bil očiten subatomski delci in večina fizičnih pojavov [ kaj? ] bi lahko razložili s predpostavko, da je naboj nenehno spreminjajoča se količina.

Tako imenovani elementarni naboj e je eden od temeljnih fizične konstante in ga poznam točna vrednost zelo pomembno. Leta 1923 je Millikan prejel Nobelova nagrada na fizika deloma za ta poskus.

Opis izkušnje

V prostor med dvema napajanima ploščama (v kondenzator) je Millikan vbrizgal drobne nabite kapljice olja, ki bi lahko bile nepremične v določenem električnem polju. Ravnotežje je prišlo pod pogojem , kjer

Rezultantne sile gravitacije in Arhimedove sile;

, kjer po vrsti

Gostota oljne kapljice;

Njegov polmer ob predpostavki, da je kapljica sferična;

Gostota zraka

Iz teh formul, vedoč in, lahko najdemo. Za določitev polmera kapljice smo izmerili hitrost enakomernega padanja kapljice v odsotnosti polja, saj enakomerno gibanje se vzpostavi, ko je sila teže uravnotežena s silo zračnega upora, kjer je viskoznost zraka.

Takrat je bilo težko popraviti negibljivost kapljice, zato je bilo namesto polja, ki izpolnjuje pogoj, uporabljeno polje, pod vplivom katerega se je kapljica začela premikati navzgor z majhno hitrostjo. Očitno, če je stopnja vzpona enaka, potem

Med izkušnjo, pomembno dejstvo: vse vrednosti, ki jih je pridobil Millikan, so se izkazale za večkratnike iste vrednosti. Tako je bilo eksperimentalno dokazano, da je naboj diskretna količina.

Pripravila učenka 11-A razreda KOSH št. 125 Konovalova Kristina

diapozitiv 2

Izkušnja Ioffeja - Millikana Abram Fedorovich Ioffe Robert Andrews Milliken

diapozitiv 3

Ioffe-Milliken izkušnja

Do konca 19. stoletja je bilo v številnih zelo raznolikih poskusih ugotovljeno, da obstaja določen nosilec negativnega naboja, ki so ga imenovali elektron. Vendar je bila to pravzaprav hipotetična enota, saj kljub številčnosti praktičen material, ni bil izveden niti en poskus, ki bi vključeval en sam elektron. Ni bilo znano, ali obstajajo sorte elektronov za različne snovi ali pa je vedno isto, kakšen naboj nosi elektron, ali lahko naboj obstaja ločeno od delca. Na splošno so v znanstveni skupnosti potekale burne razprave o elektronu in ni bilo zadostne praktične podlage, ki bi nedvoumno ustavila vse razprave.

diapozitiv 4

Slika prikazuje diagram instalacije, ki jo je v poskusu uporabil A. F. Ioffe. V zaprti posodi, iz katere je bil zrak evakuiran do visokega vakuuma, sta bili vodoravno postavljeni dve kovinski plošči P. Iz komore A skozi luknjo O v prostor med ploščami so prišli majhni nabiti prašni delci cinka. Te prašne delce smo opazovali pod mikroskopom.

diapozitiv 5

Torej bodo nabiti prašni delci in kapljice v vakuumu padali z zgornje plošče na dno, vendar je ta proces mogoče ustaviti, če je zgornja plošča nabita pozitivno, spodnja pa negativno. Nastalo električno polje bo delovalo s Coulombovimi silami na nabite delce in jim preprečilo padec. S prilagajanjem količine naboja so poskrbeli, da so prašni delci lebdeli na sredini med ploščami. Nato smo naboj prašnih delcev ali kapljic zmanjšali z obsevanjem z rentgenskimi žarki ali ultravijolično svetlobo. Ob izgubi naboja so prašni delci spet začeli padati, ponovno so jih ustavili s prilagajanjem naboja plošč. Ta postopek smo večkrat ponovili, pri čemer smo s posebnimi formulami izračunali naboj kapljic in prašnih delcev. Kot rezultat teh študij je bilo mogoče ugotoviti, da se naboj prašnih delcev ali kapljic vedno spreminja v skokih, za strogo določeno vrednost ali za velikost, ki je večkratnik te vrednosti.

diapozitiv 6

Abram Fedorovič Ioffe

Abram Fedorovič Ioffe je ruski fizik, ki je naredil številna temeljna odkritja in izvedel ogromno raziskav, tudi na področju elektronike. Izvedel je raziskave lastnosti polprevodniških materialov, odkril popravljalno lastnost prehoda kovina-dielektrik, ki je bila kasneje razložena s pomočjo teorije tunelskega učinka, predlagal možnost pretvorbe svetlobe v elektrika.

Diapozitiv 7

Abram Fedorovič se je rodil 14. oktobra 1980 v mestu Romny, provinca Poltava (danes regija Poltava, Ukrajina) v družini trgovca. Ker je bil Abramov oče precej bogat človek, ni bil skop z dajanjem dobra izobrazba svojemu sinu. Leta 1897 je Ioffe dobil srednješolsko izobrazbo v realni šoli v svojem rojstnem mestu. Leta 1902 je diplomiral na St tehnološkega inštituta in se vpisal na univerzo v Münchnu v Nemčiji. V Münchnu deluje pod vodstvom samega Wilhelma Conrada Roentgena. Wilhelm Conrad, ki vidi marljivost in nikakor ne kakšen talent študenta, poskuša Abrama prepričati, naj ostane v Münchnu in nadaljuje znanstvena dejavnost, vendar se je Ioffe izkazal za domoljuba svoje države. Po diplomi na univerzi leta 1906, ko je prejel stopnje doktor znanosti, se vrne v Rusijo.

Diapozitiv 8

V Rusiji se Ioffe zaposli na Politehničnem inštitutu. Leta 1911 je eksperimentalno določil velikost naboja elektronov po isti metodi kot Robert Milliken (kovinski delci so bili uravnoteženi v električnem in gravitacijskem polju). Zaradi dejstva, da je Ioffe svoje delo objavil šele dve leti pozneje, je slava odkritja merjenja naboja elektronov pripadla ameriškemu fiziku. Poleg določanja naboja je Ioffe dokazal resničnost obstoja elektronov ne glede na snov, raziskal magnetno delovanje pretoka elektronov, dokazala statično naravo emisije elektronov z zunanjim fotoelektričnim učinkom.

Diapozitiv 9

Leta 1913 je Abram Fedorovič zagovarjal magisterij, dve leti pozneje pa doktorsko disertacijo iz fizike, ki je bila študij elastičnih in električnih lastnosti kremena. V obdobju od 1916 do 1923 je aktivno preučeval mehanizem električna prevodnost različni kristali. Leta 1923 so se na pobudo Ioffeja začele temeljne raziskave in preučevanje lastnosti takrat povsem novih materialov - polprevodnikov. Prvo delo na tem področju je bilo opravljeno z neposrednim sodelovanjem ruskega fizika in se je nanašalo na analizo električni pojavi med polprevodnikom in kovino. Odkril je popravljalno lastnost prehoda kovina-polprevodnik, ki je bila utemeljena šele 40 let pozneje s teorijo učinka tunela.

Diapozitiv 10

Ioffe je ob raziskovanju fotoelektričnega učinka v polprevodnikih izrazil takrat precej drzno idejo, da bi bilo mogoče na podoben način pretvoriti svetlobno energijo v električni tok. To je v prihodnosti postalo predpogoj za ustvarjanje fotonapetostnih generatorjev, zlasti silicijevih pretvornikov, ki so se kasneje uporabljali kot del sončni kolektorji. Abram Fedorovič skupaj s svojimi študenti ustvarja sistem za razvrščanje polprevodnikov, pa tudi metodo za določanje njihovih glavnih električnih in fizične lastnosti. Zlasti preučevanje njihovih termoelektričnih lastnosti je pozneje postalo osnova za ustvarjanje polprevodniških termoelektričnih hladilnikov, ki se široko uporabljajo po vsem svetu na področju radijske elektronike, instrumentacije in vesoljske biologije.

diapozitiv 11

Abram Fedorovič Ioffe je veliko prispeval k nastanku in razvoju fizike in elektronike. Bil je član številnih akademij znanosti (Berlin in Goetingen, ameriška, italijanska), pa tudi častni član številnih univerz po svetu. Za svoje dosežke in raziskave je prejel številne nagrade. Abram Fedorovič je umrl 14. oktobra 1960.

diapozitiv 12

Milliken Robert Andrus

Ameriški fizik Robert Milliken se je rodil v Morrisonu (Illinois) 22. marca 1868 v družini duhovnika. Po diplomi Srednja šola Robert vpiše Oberlin College v Ohiu. Tam so bila njegova zanimanja usmerjena v matematiko in staro grščino. Zaradi zaslužka je dve leti razlagal fiziko na fakulteti. Leta 1891 je Millikan diplomiral in 1893 magistriral iz fizike.

diapozitiv 13

Na univerzi Columbia je Milliken študiral pod vodstvom slavnega fizika M. I. Pupina. Eno poletje je preživel na Univerzi v Chicagu, kjer je delal pri slavnem eksperimentalnem fiziku Albertu Abrahamu Michelsonu.

Diapozitiv 14

Leta 1895 je na univerzi Columbia zagovarjal doktorsko disertacijo o preučevanju polarizacije svetlobe. Milliken je naslednje leto preživel v Evropi, kjer se je srečal s Henrijem Becquerelom, Maxom Planckom, Walterjem Nernstom, A. Poincaréjem.

diapozitiv 15

1896 se je Millikan vrnil na univerzo v Chicagu, kjer je postal Michelsonov asistent. V naslednjih dvanajstih letih je Milliken napisal več učbenikov fizike, ki so bili sprejeti kot učbeniki za visoke in srednje šole (z dodatki so ostali takšni več kot 50 let). 1910 Millikan je bil imenovan za profesorja fizike.

diapozitiv 16

Robert Millikan je razvil kapljično metodo, ki je omogočila merjenje naboja posameznih elektronov in protonov (1910 - 1914) veliko število poskusi natančnega izračuna naboja elektronov. Tako je eksperimentalno dokazal diskretnost električnega naboja in prvič natančno določil njegovo vrednost (4,774 * 10^-10 elektrostatičnih enot). Preveril Einsteinovo enačbo za fotoelektrični učinek v vidnem in ultravijolični žarki, določil Planckovo konstanto (1914).

Diapozitiv 17

1921 Milliken je bil imenovan za direktorja novega Bridgesive Physical Laboratory in predsednika izvršnega odbora Kalifornijskega inštituta za tehnologijo. Tu je izvedel veliko serijo študij kozmičnih žarkov, zlasti poskuse (1921 - 1922) z zračnimi snopi s samosnemalnimi elektroskopi na višinah 15.500 m. ".

Diapozitiv 18

V letih 1925-1927. Millikan je dokazal, da se ionizirajoči učinek kozmičnega sevanja z globino zmanjšuje in potrdil nezemeljski izvor teh "kozmičnih žarkov". Z raziskovanjem poti kozmičnih delcev je v njih odkril alfa delce, hitre elektrone, protone, nevtrone, pozitrone in gama kvante. Neodvisno od Vernova je odkril zemljepisni učinek kozmičnih žarkov v stratosferi.

Oglejte si vse diapozitive

Idejo o diskretnosti električnega naboja je prvi izrazil B. Franklin leta 1752. Eksperimentalno je bila diskretnost nabojev utemeljena z zakoni elektrolize, ki jih je odkril M. Faraday leta 1834. Številčna vrednost elementarni naboj (najmanjši električni naboj, ki ga najdemo v naravi) je bil teoretično izračunan na podlagi zakonov elektrolize z uporabo Avogadrovega števila. neposredno eksperimentalno merjenje elementarni naboj je izvedel R. Millikan v klasičnih poskusih, izvedenih v letih 1908 - 1916. Ti poskusi so dali tudi neizpodbitne dokaze atomizem elektrike.

V skladu z osnovnimi koncepti elektronske teorije naboj telesa nastane kot posledica spremembe števila elektronov, ki jih vsebuje (ali pozitivnih ionov, katerih naboj je večkratnik naboja elektrona). Zato se mora naboj katerega koli telesa spremeniti naglo in v takih delih, ki vsebujejo celo število nabojev elektronov.

Vse fizike je zanimala velikost električnega naboja elektrona, vendar je doslej ni bilo mogoče izmeriti. Veliko poskusov, da bi izvedel to odločilno meritev, je naredil že J. J. Thomson, vendar je minilo deset let dela in Thomsonov pomočnik G. Wilson je poročal, da so po enajstih različnih meritvah dobili enajst različnih rezultatov.

Preden je začel raziskovati po lastni metodi, je Millikan postavil eksperimente po metodi, ki jo uporabljajo na univerzi Cambridge. Teoretični del poskusa je bil naslednji: maso telesa smo določili z merjenjem tlaka, ki ga na tehtnici ustvari telo pod vplivom gravitacije. Če je neskončno majhen delček snovi napolnjen z električnim nabojem in če deluje električna sila navzgor, enako moč gravitacije navzdol, potem bo ta delec v ravnotežju in fizik lahko izračuna velikost električnega naboja. Če se v tem primeru delcu prenese električni naboj enega elektrona, bo mogoče izračunati velikost tega naboja.

Teorija Cambridgea je bila povsem logična, vendar fiziki niso mogli ustvariti naprave, s katero bi bilo mogoče preučevati posamezne delce snovi. Zadovoljiti so se morali z opazovanjem obnašanja oblaka vodnih kapljic, nabitih z elektriko. V komori, iz katere je bil delno odstranjen zrak, je nastal oblak pare. Na vrh komore je bil uporabljen tok. Skozi določen čas meglene kapljice v oblaku so se umirile. Nato so skozi meglo prešli rentgenske žarke, vodne kapljice pa so prejele električni naboj.

Hkrati so raziskovalci menili, da naj bi električna sila, ki je pod visoko napetostjo usmerjena navzgor proti pokrovu komore, preprečila, da bi padle kapljice. Vendar pa nobena od težki pogoji, pod katerim in samo pod katerim bi lahko bili delci v ravnotežnem stanju.

Milliken je začel iskati nov način reševanje problema.

Metoda temelji na preučevanju gibanja nabitih oljnih kapljic v enotnem električnem polju znane jakosti E.

Slika 15.2 Shema eksperimentalne postavitve: P - kapljica škropilnice; K - kondenzator; IP - napajanje; M - mikroskop; hn je vir sevanja; P - površina mize.

Diagram ene od Millikanovih inštalacij je prikazan na sliki 15.1. Millikan je izmeril električni naboj, koncentriran na posameznih majhnih sferičnih kapljicah, ki jih je tvoril razpršilec P in pridobil električni naboj z elektrifikacijo s trenjem ob stene razpršilnika. Skozi majhno luknjo v zgornji plošči ploščatega kondenzatorja K so padli v prostor med ploščama. Gibanje kapljice je pod mikroskopom opazoval M.

Za zaščito kapljic pred konvekcijskimi zračnimi tokovi je kondenzator zaprt v zaščitno ohišje, katerega temperatura in tlak sta konstantni. Pri izvajanju poskusov je treba upoštevati naslednje zahteve:

a. kapljice morajo biti mikroskopske velikosti, tako da so sile, ki delujejo na kapljico v različnih smereh (navzgor in navzdol), primerljive po velikosti;

b. naboj kapljice, pa tudi njene spremembe med obsevanjem (z ionizatorjem) so bile enake dokaj majhnemu številu elementarnih nabojev. Tako je lažje ugotoviti večkratnost naboja padca na osnovni naboj;

v gostota kapljice r mora biti večja od gostote viskoznega medija r 0, v katerem se giblje (zrak);

d) Masa kapljice se ne sme spreminjati med celotnim poskusom. Da bi to naredili, olje, ki sestavlja kapljico, ne sme izhlapeti (olje izhlapi veliko počasneje kot voda).

Če kondenzatorske plošče niso bile napolnjene (moč električnega polja E = 0), je padec počasi padal in se premikal od zgornje plošče do spodnje. Takoj, ko so bile kondenzatorske plošče napolnjene, je prišlo do sprememb v gibanju kapljice: v primeru negativnega naboja na kapljici in pozitivnega naboja na zgornji plošči kondenzatorja se je padec kapljice upočasnil in pri v nekem trenutku je spremenil smer gibanja v nasprotno – začel se je dvigati proti zgornji plošči.

Določanje osnovnega naboja z računskim poskusom.

Poznavanje hitrosti padca padca v odsotnosti elektrostatično polje(njegov naboj ni igral vloge) in hitrost padanja kapljice v danem in znanem elektrostatičnem polju je Millikan lahko izračunal naboj kapljice.

Zaradi viskoznega upora pridobi kaplja skoraj takoj po začetku gibanja (ali spremembi pogojev gibanja) konstantno (uravnoteženo) hitrost in se giblje enakomerno. Zaradi tega a= 0 in hitrost padca je mogoče najti. Označimo modul stalne hitrosti v odsotnosti elektrostatičnega polja - v g , nato:

v g = (m – m 0) g/k (16,5).

Če zaprete električni tokokrog kondenzatorja (slika 1), se bo ta napolnil in v njem se bo ustvarilo elektrostatično polje E. V tem primeru bo na naboj delovala dodatna sila q E kaže navzgor. Newtonov zakon v projekciji na os X in ob upoštevanju, da je a = 0, bo imel obliko:

-(m – m0) g + q E – k vE = 0 (16,6)

vE = (q E – (m – m0) g/k (16.7),

kjer je vE enakomerna hitrost kapljice olja v elektrostatičnem polju kondenzatorja; v E > 0, če se kapljica premakne navzgor, v E< 0, если капля движется вниз. Отсюда следует что

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

sledi, da lahko z merjenjem hitrosti v ustaljenem stanju v odsotnosti elektrostatičnega polja vg in v njegovi prisotnosti vE določimo naboj kapljice, če je znan koeficient k = 6 p h r.

Zdi se, da je za iskanje k dovolj izmeriti polmer kapljice (viskoznost zraka je znana iz drugih poskusov). Vendar pa je njegovo neposredno merjenje z mikroskopom nemogoče. Polmer kapljice je reda velikosti r = 10 -4 – 10 -6 cm, kar je po velikosti primerljivo z valovno dolžino svetlobe. Zato mikroskop daje le difrakcijsko sliko kapljice, ki ne omogoča merjenja njene dejanske velikosti.

Podatke o polmeru kapljice lahko pridobimo iz eksperimentalnih podatkov o njegovem gibanju v odsotnosti elektrostatičnega polja. Poznavanje v g in upoštevanje tega

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

kjer je r gostota kapljice olja,

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

V svojih poskusih je Millikan spremenil naboj kapljice tako, da je v kondenzator prinesel kos radija. V tem primeru je radijevo sevanje ioniziralo zrak v komori (slika 1), zaradi česar bi lahko kapljica ujela dodaten pozitiven ali negativen naboj. Če je bila pred tem kapljica negativno nabita, potem je jasno, da je bolj verjetno, da bo nase pritrdila pozitivne ione. Po drugi strani pa zaradi toplotno gibanje dodajanje negativnih ionov kot posledica trka z njimi ni izključeno. V obeh primerih se bo spremenil naboj kapljice in - nenadno - hitrost njenega gibanja v E". Vrednost q" spremenjenega naboja kapljice v skladu z (16.10) je podana z razmerjem:

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

Iz (1) in (3) se določi vrednost naboja, vezanega na kapljico:

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

Če primerjamo vrednosti naboja iste kapljice, bi se lahko prepričali, da sta sprememba naboja in naboj same kapljice večkratnik iste vrednosti e 0 - osnovnega naboja. V svojih številnih poskusih je Milliken dobil različni pomeni naboja q in q", vendar sta vedno predstavljala večkratnik e 0 = 1,7 . 10 -19 Cl, to je q = n e 0 , kjer je n celo število. Iz tega je Millikan zaključil, da vrednost e 0 predstavlja najmanjšo možno količino električne energije v naravi, torej "delček" ali atom električne energije. Opazovanje gibanja iste kapljice, t.j. za njegovo gibanje navzdol (če ni električnega polja) in navzgor (ob prisotnosti električnega polja) v vsakem poskusu je Millikan večkrat ponovil, pri čemer je električno polje pravočasno vklopil in izklopil. Natančnost merjenja naboja kapljice je v bistvu odvisna od natančnosti merjenja njene hitrosti.

Ko je z izkušnjami ugotovil diskretno naravo spremembe električnega naboja, je R. Milliken uspel potrditi obstoj elektronov in določiti naboj enega elektrona (elementarni naboj) z metodo oljne kapljice.

Sodoben pomen"atom" električne energije e 0 = 1,602 . 10 -19 C. Ta vrednost je elementarni električni naboj, katerega nosilci so elektron e 0 = - 1,602 . 10 -19 C in proton e 0 = +1,602 . 10 -19 C. Millikanovo delo je ogromno prispevalo k fiziki in dalo izjemen zagon razvoju znanstvene misli v prihodnosti.

testna vprašanja:

1. Kaj je bistvo Thomsonove metode?

2. Shema eksperimentalne nastavitve?

3. Thomsonova cev?

4. Izpeljava formule za razmerje med nabojem in maso delca?

5. Kaj je glavna naloga elektronske in ionske optike? In kako se običajno imenujejo?

6. Kdaj je bila odkrita "metoda magnetnega ostrenja"?

7. Kaj je njegovo bistvo?

8. Kako se določi specifični naboj elektrona?

9. Narišite shemo namestitve glede na Millikanove izkušnje?

10. Katere zahteve je treba upoštevati pri izvajanju poskusa?

11. Določanje osnovnega naboja z računskim poskusom?

12. Izpeljava formule padca naboja glede na stopnjo padca?

13. Kakšen je sodobni pomen »atoma« elektrike?

Podrobnosti Kategorija: Elektrika in magnetizem Objavljeno 08.06.2015 05:51 Ogledov: 5425

Ena od temeljnih konstant fizike je elementarni električni naboj. to je skalarno ki označuje sposobnost fizičnih teles, da sodelujejo v elektromagnetni interakciji.

Elementarni električni naboj se šteje za najmanjši pozitivni ali negativni naboj, ki ga ni mogoče razdeliti. Njegova vrednost je enaka vrednosti naboja elektrona.

Dejstvo, da je vsak naravni električni naboj vedno enak celemu številu elementarnih nabojev, je leta 1752 predlagal slavni politik Benjamin Franklin, politik in diplomat, ki se je ukvarjal tudi z znanstvenimi in inventivnimi dejavnostmi, prvi Američan, ki je postal član od Ruska akademija znanosti.

Benjamin Franklin

Če je Franklinova predpostavka pravilna in je električni naboj katerega koli nabitega telesa ali sistema teles sestavljen iz celega števila elementarnih nabojev, se lahko ta naboj nenadoma spremeni za vrednost, ki vsebuje celo število nabojev elektronov.

Prvič je to potrdil in dokaj natančno ugotovil ameriški znanstvenik, profesor na univerzi v Chicagu Robert Milliken.

Izkušnja Millikana

Shema Millikanovega eksperimenta

Millikan je leta 1909 s svojim pomočnikom Harveyjem Fletcherjem opravil svoj prvi slavni poskus s kapljicami olja. Pravijo, da so sprva nameravali poskus narediti s pomočjo vodnih kapljic, a so v nekaj sekundah izhlapele, kar očitno ni bilo dovolj za rezultat. Nato je Milliken poslal Fletcherja v lekarno, kjer je kupil razpršilo in vialo urnega olja. To je bilo dovolj, da je izkušnja uspela. Kasneje je Millikan prejel zanj Nobelova nagrada, in Fletcherjev doktorat.

Robert Milliken

Harvey Fletcher

Kaj je bil Millikanov eksperiment?

Elektrificirana kapljica olja pade pod vplivom gravitacije med dve kovinski plošči. Toda če se med njima ustvari električno polje, bo preprečilo, da bi kapljica padla. Z merjenjem jakosti električnega polja lahko določimo naboj kapljice.

Eksperimentatorji so v posodo postavili dve kovinski plošči kondenzatorja. Tja so s pomočjo brizgalne pištole vnesli najmanjše kapljice olja, ki so se med pršenjem zaradi trenja ob zraku negativno naelektrile.

V odsotnosti električnega polja kapljica pade

Pod delovanjem gravitacije F w = mg so kapljice začele padati navzdol. Ker pa niso bili v vakuumu, ampak v mediju, jim je sila zračnega upora preprečila prosto padanje Fres = 6πη rv 0 , kje η je viskoznost zraka. Kdaj F w in F res uravnotežen, padec je s hitrostjo postal enakomeren v0 . Z merjenjem te hitrosti je znanstvenik določil polmer kapljice.

Kapljica "plava" pod vplivom električnega polja

Če je v trenutku padca kapljice na plošče prišla napetost tako, da je zgornja plošča prejela pozitiven naboj, spodnja pa negativen, se je padec ustavil. Preprečilo ga je nastajajoče električno polje. Zdelo se je, da kapljice plavajo. To se je zgodilo, ko je moč F r uravnoteženo s silo, ki deluje iz električnega polja F r = eE ,

kje F r- rezultantna sila gravitacije in Arhimedova sila.

F r = 4/3 pr 3 ( ρ – ρ 0) g

ρ je gostota oljne kapljice;

ρ 0 – gostota zraka.

r je polmer kapljice.

Poznavanje F r in E , je možno določiti vrednost e .

Ker je bilo zelo težko zagotoviti, da je kapljica dolgo ostala nepremična, sta Milliken in Fletcher ustvarila polje, v katerem se je kapljica po ustavitvi začela premikati navzgor z zelo nizko hitrostjo. v . V tem primeru

Poskusi so bili večkrat ponovljeni. Naboji so bili kapljicam preneseni z obsevanjem z rentgensko ali ultravijolično napravo. Toda vsakič je bil skupni naboj kapljice vedno enak več elementarnim nabojem.

Leta 1911 je Milliken ugotovil, da je naboj elektrona 1,5924(17) x 10 -19 C. Znanstvenik se je zmotil le za 1%. Njegova sodobna vrednost je 1,602176487 (10) x 10 -19 C.

Ioffe izkušnje

Abram Fedorovič Ioffe

Povedati je treba, da je skoraj istočasno z Millikanom, vendar neodvisno od njega, takšne poskuse izvajal ruski fizik Abram Fedorovič Ioffe. In njegova eksperimentalna postavitev je bila podobna Millikanovi. Toda iz posode je bil izčrpan zrak in v njej je nastal vakuum. In namesto kapljic olja je Ioffe uporabil majhne nabite delce cinka. Njihovo gibanje so opazovali pod mikroskopom.

Ioffe namestitev

1- cev

2-kamera

3 - kovinske plošče

4 - mikroskop

5 - ultravijolični sevalec

Pod delovanjem elektrostatičnega polja je cinkovo ​​zrno padlo. Takoj ko je gravitacija prašnega zrna postala enaka sili, ki nanj deluje iz električnega polja, se je padec ustavil. Dokler se naboj prašnega delca ni spremenil, je še naprej nepremično visel. Če pa je bil izpostavljen ultravijolični svetlobi, se je njegov naboj zmanjšal in ravnovesje se je porušilo. Spet je začela padati. Nato se je količina naboja na ploščah povečala. V skladu s tem se je električno polje povečalo in padec se je spet ustavil. To je bilo storjeno večkrat. Posledično je bilo ugotovljeno, da se naboj prašnega delca vsakič spremeni za večkratnik naboja osnovnega delca.

Ioffe ni izračunal velikosti naboja tega delca. Toda po izvedbi podobnega poskusa leta 1925 skupaj s fizikom N.I. Dobronravov je z nekoliko modificiranjem pilotne naprave in z uporabo bizmutovih prašnih delcev namesto cinka potrdil teorijo