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

slajd 2

Iskustvo Ioffea - Millikan Abram Fedorovich Ioffe Robert Andrews Milliken

slajd 3

Ioffe-Milliken iskustvo

Krajem 19. vijeka, u nizu vrlo raznolikih eksperimenata, ustanovljeno je da postoji određeni nosilac negativnog naboja, koji je nazvan elektron. Međutim, ovo je zapravo bila hipotetička jedinica, jer, uprkos obilju praktičan materijal, nije izveden niti jedan eksperiment koji uključuje jedan elektron. Nije se znalo da li postoje varijeteti elektrona za različite supstance ili je uvek isto, kakav naboj nosi elektron, da li naelektrisanje može postojati odvojeno od čestice. Općenito, u naučnoj zajednici vodile su se žestoke rasprave o elektronu, a nije bilo dovoljno praktične osnove koja bi nedvosmisleno zaustavila sve rasprave.

slajd 4

Na slici je prikazan dijagram instalacije koju je u eksperimentu koristio A. F. Ioffe. U zatvorenoj posudi, iz koje je vazduh evakuisan do visokog vakuuma, bile su dve metalne ploče P postavljene horizontalno. Iz komore A kroz otvor O u prostor između ploča dospjele su male nabijene čestice prašine cinka. Ove čestice prašine posmatrane su pod mikroskopom.

slajd 5

Dakle, nabijene čestice prašine i kapljice u vakuumu će pasti sa gornje ploče na dno, ali ovaj proces se može zaustaviti ako je gornja ploča nabijena pozitivno, a donja negativno nabijena. Ustaje električno poljeće djelovati Kulombovim silama na nabijene čestice, sprječavajući ih da padnu. Podešavanjem količine naboja osigurali su da čestice prašine lebde u sredini između ploča. Zatim je naboj čestica prašine ili kapi smanjen zračenjem rendgenskim zracima ili ultraljubičastim svjetlom. Gubeći naboj, čestice prašine su ponovo počele da padaju, ponovo su zaustavljene podešavanjem naboja ploča. Ovaj proces je ponovljen nekoliko puta, računajući naboj kapljica i čestica prašine pomoću posebnih formula. Kao rezultat ovih istraživanja, bilo je moguće utvrditi da se naboj čestica prašine ili kapi uvijek mijenjao skokovima, za strogo definiranu vrijednost ili za veličinu koja je višestruka od ove vrijednosti.

slajd 6

Abram Fedorovič Ioffe

Abram Fedorovič Ioffe je ruski fizičar koji je napravio mnoga fundamentalna otkrića i sproveo ogromnu količinu istraživanja, uključujući i oblast elektronike. On je istraživao nekretnine poluprovodnički materijali, otkrio svojstvo ispravljanja prijelaza metal-izolator, kasnije objašnjeno korištenjem teorije tunelskog efekta, sugerirao je mogućnost pretvaranja svjetlosti u struja.

Slajd 7

Abram Fedorovič je rođen 14. oktobra 1980. godine u gradu Romny, Poltavska gubernija (danas Poltavska oblast, Ukrajina) u porodici trgovca. Budući da je Abramov otac bio prilično bogat čovjek, nije bio škrt u davanju dobro obrazovanje svom sinu. Godine 1897. Ioffe je dobio srednje obrazovanje u realnoj školi. rodnom gradu. Godine 1902. diplomirao je na Tehnološkom institutu u Sankt Peterburgu i upisao se na Univerzitet u Minhenu u Njemačkoj. U Minhenu radi pod vodstvom samog Wilhelma Conrada Roentgena. Wilhelm Conrad, videći marljivost, a ne kakav talenat studenta, pokušava nagovoriti Abrama da ostane u Minhenu i nastavi dalje. naučna djelatnost, ali se ispostavilo da je Ioffe patriota svoje zemlje. Nakon diplomiranja na univerzitetu 1906, primivši stepen doktorirao, vraća se u Rusiju.

Slajd 8

U Rusiji, Ioffe dobija posao Politehnički institut. Godine 1911. eksperimentalno je odredio veličinu naboja elektrona koristeći istu metodu kao Robert Milliken (metalne čestice su bile uravnotežene u električnom i gravitacionom polju). Zbog činjenice da je Ioffe objavio svoj rad tek dvije godine kasnije, slava otkrića mjerenja naboja elektrona pripala je američkom fizičaru. Pored određivanja naboja, Ioffe je dokazao realnost postojanja elektrona nezavisno od materije, istražio je magnetni efekat protoka elektrona i dokazao statičku prirodu emisije elektrona tokom spoljašnjeg fotoelektričnog efekta.

Slajd 9

Godine 1913. Abram Fedorovič odbranio je magistarsku, a dvije godine kasnije i doktorsku disertaciju iz fizike koja se bavila proučavanjem elastičnih i električnih svojstava kvarca. U periodu od 1916. do 1923. aktivno je proučavao mehanizam električne provodljivosti različitih kristala. Godine 1923. na inicijativu Ioffea fundamentalno istraživanje i proučavanje svojstava potpuno novih materijala u to vrijeme – poluprovodnika. Prvi rad u ovoj oblasti izveden je uz direktno učešće ruskog fizičara i odnosio se na analizu električnih fenomena između poluprovodnika i metala. Otkrio je ispravljačko svojstvo prijelaza metal-poluvodič, koje je potkrijepljeno tek 40 godina kasnije korištenjem teorije tunelskog efekta.

Slajd 10

Istražujući fotoelektrični efekat u poluprovodnicima, Ioffe je u to vrijeme izrazio prilično hrabru ideju da bi bilo moguće na sličan način pretvoriti svjetlosnu energiju u električnu struju. To je u budućnosti postao preduslov za stvaranje fotonaponskih generatora, a posebno silicijumskih pretvarača, koji su kasnije korišćeni kao deo solarni paneli. Zajedno sa svojim studentima, Abram Fedorovič stvara sistem za klasifikaciju poluprovodnika, kao i metod za određivanje njihovih glavnih električnih i fizička svojstva. Konkretno, proučavanje njihovih termoelektričnih svojstava kasnije je postalo osnova za stvaranje poluvodičkih termoelektričnih hladnjaka, široko korištenih u cijelom svijetu u oblastima radio elektronike, instrumentacije i svemirske biologije.

slajd 11

Abram Fedorovič Ioffe dao je ogroman doprinos formiranju i razvoju fizike i elektronike. Bio je član mnogih akademija nauka (Berlin i Getingen, američke, italijanske), kao i počasni član mnogih univerziteta širom svijeta. Dobitnik je brojnih nagrada za svoja dostignuća i istraživanja. Abram Fedorovič je umro 14. oktobra 1960. godine.

slajd 12

Milliken Robert Andrus

Američki fizičar Robert Milliken rođen je u Morisonu (Illinois) 22. marta 1868. godine u porodici sveštenika. Nakon diplomiranja srednja škola Robert upisuje Oberlin College u Ohaju. Tamo su njegova interesovanja bila usmjerena na matematiku i starogrčki jezik. Radi zarade, dvije godine je izlagao fiziku na koledžu. 1891. Millikan je diplomirao, a 1893. magistrirao fiziku.

slajd 13

Na Univerzitetu Kolumbija, Milliken je studirao pod vodstvom poznati fizičar M. I. Pupina. Jedno ljeto proveo je na Univerzitetu u Čikagu, gdje je radio kod poznatog eksperimentalnog fizičara Alberta Abrahama Michelsona.

Slajd 14

Godine 1895. odbranio je doktorsku tezu na Univerzitetu Kolumbija o proučavanju polarizacije svjetlosti. Sljedeću godinu Milliken proveo je u Evropi, gdje se susreo sa Henrijem Becquerelom, Maxom Planckom, Walterom Nernstom, A. Poincaréom.

slajd 15

1896. Millikan se vratio na Univerzitet u Čikagu, gdje je postao Michelsonov asistent. Tokom narednih dvanaest godina, Milliken je napisao nekoliko udžbenika fizike koji su prihvaćeni kao udžbenici za fakultete i srednje škole (sa dodacima, ostali su to preko 50 godina). 1910. Millikan je imenovan za profesora fizike.

slajd 16

Robert Millikan razvio je metodu kapljica, koja je omogućila mjerenje naboja pojedinačnih elektrona i protona (1910. - 1914.) veliki broj eksperimente o tačnom proračunu naboja elektrona. Tako je eksperimentalno dokazao diskretnost električnog naboja i po prvi put tačno odredio njegovu vrijednost (4,774 * 10^-10 elektrostatičkih jedinica). Provjerio Ajnštajnovu jednačinu za fotoelektrični efekat u vidljivom i ultraljubičastih zraka, odredio Planckovu konstantu (1914).

Slajd 17

1921. Milliken je imenovan za direktora nove Bridgesive Physical Laboratory i predsjednika izvršnog odbora Kalifornijskog instituta za tehnologiju. Ovdje je izveo veliki niz studija kosmičkih zraka, posebno eksperimente (1921. - 1922.) sa zračnim snopovima sa samosnimajućim elektroskopima na visinama od 15.500 m.

Slajd 18

Tokom 1925-1927. Millikan je pokazao da se ionizirajući učinak kosmičkog zračenja smanjuje s dubinom, i potvrdio vanzemaljskog porijekla ovih kosmičkih zraka. Istražujući putanje kosmičkih čestica, otkrio je alfa čestice, brze elektrone, protone, neutrone, pozitrone i gama kvante u njima. Nezavisno od Vernova, otkrio je uticaj kosmičkih zraka na geografsku širinu u stratosferi.

Pogledajte sve slajdove

Fenomen interakcije nabijenog tijela s električnim poljem koristio je američki fizičar Robert Mil-likenom potvrditi diskretnost električnog naboja i izmjeriti njegovu najmanju vrijednost. Tokom godina 1906-1916, izveo je niz eksperimenata koji su bili obilježeni originalnošću i velikom preciznošću. U skladu sa svrhom i strategijom istraživanja, bilo je potrebno pronaći način mjerenja sila reda 10 -13 N, koje djeluju na čestice težine 10 -15 kg.

Šema istraživačkog objekta R. Millikan prikazano na sl. 4.17.

Robert Andrus Milliken (1868 — 1953) — američki fizičar, istraživao svojstva elektrona, prvi je izmjerio naboj elektrona, proučavao fenomene fotoelektričnog efekta, ultraljubičasto zračenje, kosmičko zračenje, struktura atoma.

u hermetički zatvorena komora, štiteći instalaciju od spoljni uticaji, postavljene okrugle mesingane ploče A i B prečnika 22 cm.Razmak između njih je 1,6 cm.Instalacija je uključivala sistem C, ubrizgavanje u prostor između ploča mineralno ulje, koji je formirao oblak kapljica prečnika 10 -4 cm.Poseban sistem u pravi trenutak između ploča stvorilo električno polje jačine oko 10 6 N/C.

Kapljice ulja koje su padale u prostor između ploča bile su osvijetljene snažnim izvorom svjetlosti. Okomito na smjer zraka kroz mikroskop D, moglo se uočiti kretanje kapljica ulja. Skala, postavljena u vidno polje mikroskopa, omogućila je izbrojavanje putanje koju je prešla kap u određenom vremenskom intervalu.

Mineralno ulje je odabrano jer vrlo sporo isparava i masa kapljice ostaje praktički nepromijenjena dugo vremena.

Ideja istraživanja R. Millikan može se sažeti na sljedeći način:

izmjeriti veliki broj promjena u električnom naboju kapljice i pronaći određeni obrazac u tim promjenama.

Da bi se riješio problem, razmatrano je kretanje kapljice izolirane u vidnom polju mikroskopa.

Odmah nakon prskanja, kapljica počinje brzo da pada pod dejstvom gravitacije. Istovremeno, dobiva određeni naboj, a sila otpora, proporcionalna brzini, postepeno se povećava. Kada se uspostavi ravnoteža između sile gravitacije i sile otpora vazduha (slika 4.18), kapljica počinje da se kreće jednoliko, u skladu sa jednačinom mg-kv 1 = 0.

Evo k- koeficijent proporcionalnosti, koji uzima u obzir uticaj vazduha na kretanje kapljice. materijal sa sajta

Nakon primjene napona na ploče, pojavljuje se električna sila čije djelovanje dovodi do promjene brzine kapljice. Promjena napetosti električno polje između ploča, bilo je moguće postići da se kapljica počne ravnomjerno kretati prema gore (slika 4.19). Stabilna brzina je određena iz jednačine kretanja, koja uzima u obzir i električnu silu

mg-qE+kv 2 = 0.

Zajedničko rješenje dvije jednačine dalo je vrijednost naboja kapljice:

q = k(v 1 + v 2) / E.

U toku daljih eksperimenata, kapljica je bila osvijetljena ultraljubičastim ili rendgenskim snopom. U isto vrijeme, njegov naboj se naglo promijenio. Analiza izmjerenih vrijednosti naboja omogućila je da se sa sigurnošću utvrdi da promjena naboja kapljice nije manja od 1,6. 10 -19 C. Takav naboj ima elektron.

Dobijeni rezultati Millikan, su u eksperimentalnim studijama potvrdili naučnici iz Francuske, Njemačke, Engleske, Rusije.

Na ovoj stranici materijal o temama:

• GDS studija fenomena fotoelektričnog efekta

• Instaliranje Millikena

• Robert Milliken sažeti fizički zakon

• Millikenove formule

• Koji je fizički zakon Roberta Millikena

Pitanja o ovoj stavci:

Do početka XX veka. postojanje elektrona je utvrđeno u nizu nezavisnih eksperimenata. Ali, uprkos ogromnom eksperimentalnom materijalu akumuliranom od strane raznih naučne škole, elektron je ostao, strogo govoreći, hipotetička čestica. Razlog je taj što nije postojao niti jedan eksperiment u kojem bi učestvovali pojedinačni elektroni.
Prvo su se pojavili elektroni kao zgodna hipoteza za objašnjenje zakona elektrolize, zatim su otkriveni u plinskom pražnjenju, što je potvrdilo njihovo postojanje u svim tijelima. Međutim, nije bilo jasno da li se fizika bavi istim elektronom, istim za sve supstance i tijela, ili su svojstva elektrona prosječne karakteristike širokog spektra "braće elektrona".

Da bi odgovorili na ovo pitanje, 1910-1911, američki naučnik Robert Andrews Milliken i sovjetski fizičar Abram Fedorovič Ioffe nezavisno su izveli precizne eksperimente u kojima je bilo moguće posmatrati pojedinačne elektrone.
U njihovim eksperimentima, u zatvorenoj posudi 1, iz koje je vazduh evakuisan pumpom do visokog vakuuma, bile su dve horizontalno postavljene metalne ploče 2. Između njih je kroz cev postavljen oblak naelektrisanih metalnih čestica prašine ili kapljica ulja. 3. Posmatrane su pod mikroskopom 4 sa posebnom skalom, što je omogućilo da se posmatra njihovo taloženje (padanje).
Pretpostavimo da su čestice prašine ili kapljice bile negativno nabijene prije postavljanja između ploča. Stoga se njihovo taloženje (padanje) može zaustaviti ako je donja ploča naelektrisana negativno, a gornja pozitivno. Tako su i učinili, postigavši ​​ravnotežu čestice prašine (kapljice), koja je promatrana pod mikroskopom.


Tada je naboj čestica prašine (kapljica) smanjen izlaganjem ultraljubičastom ili rendgenskom zračenju. Čestice prašine (kapljice) su počele da padaju, kako je opadala noseća električna sila. Davanjem dodatnog naboja metalnim pločama i time jačanjem električnog polja, čestica prašine je ponovo zaustavljena. To je učinjeno nekoliko puta, svaki put koristeći posebnu formulu za izračunavanje naboja čestica prašine.
Eksperimenti Millikana i Ioffea pokazali su da se naboji kapljica i čestica prašine uvijek mijenjaju postupno. Minimalni "dio" električnog naboja je elementaran električni naboj, jednako e = 1,6 10-19 C. Međutim, naboj zrna prašine ne odlazi sam, već zajedno sa česticom materije. Shodno tome, u prirodi postoji takva čestica materije koja ima najmanji naboj, tada već nedjeljiv - naboj elektrona. Zahvaljujući Ioffe-Milliken eksperimentima, postojanje elektrona se iz hipoteze pretvorilo u naučno potvrđenu činjenicu.
Trenutno postoje informacije o postojanju elementarne čestice(kvarkovi) sa delimičnim električnim nabojima jednakim 1/Ze i 2/Ze. Međutim, električni naboj bilo kojeg tijela je uvijek cijeli umnožak elementarnog električnog naboja; drugi "dijelovi" električnog naboja, koji mogu prijeći s jednog tijela na drugo, još nisu eksperimentalno otkriveni u prirodi.

Naučnici su dobro svjesni da je ova čestica osnovna komponenta svega materijalnog sveta. U skladu s tim, postavilo se pitanje proučavanja i mjerenja njegovih svojstava. Prvo precizno mjerenje električnog naboja elektrona zasluga je Roberta Millikena. Njegova eksperimentalna postavka bila je veliki i prostrani ravni kondenzator od dva metalne ploče sa kamerom između. Millikan je primijenio konstantan napon na ploče kondenzatora iz moćna baterija, stvarajući na njima visoku potencijalnu razliku, a između ploča stavljaju fino raspršene kapljice - prvo vodu, a zatim ulje, koje se, kako se pokazalo, ponaša mnogo stabilnije u elektrostatičkom polju, i što je najvažnije, mnogo sporije isparava. Prvo, Millikan je izmjerio konačnu brzinu pada kapljica – to jest, brzinu pri kojoj je sila gravitacije koja djeluje na kapi uravnotežena sa silom otpora zraka. Na osnovu ove brzine, naučnik je odredio zapreminu i masu kapljica aerosolne suspenzije. Nakon toga je raspršio identičan aerosol u prisustvu elektrostatičkog polja, odnosno sa priključenom baterijom. U ovom slučaju, kapljice ulja su dosta dugo ostajale suspendirane, budući da su sile Zemljine gravitacijske privlačnosti bile uravnotežene silama elektrostatičkog odbijanja između kapljica aerosola.

Razlog zašto se kapljice uljnog aerosola naelektriziraju je jednostavan: to je jednostavno elektrostatičko punjenje, kao to, koji se nakuplja, recimo, na vešu koji izvadimo iz centrifuge za sušenje veša, kao rezultat toga što se tkanina trlja o tkaninu – nastaje kao posledica trenja kapljica o vazduh koji ispunjava komoru. Međutim, zbog mikroskopske veličine kapljica ulja u komori, one ne mogu primiti veliki naboj, a naboj kapljice će biti višekratnik jediničnog naboja elektrona. To znači da ćemo postupnim snižavanjem vanjskog napona promatrati kako se kapi ulja periodično „talože“, a po gradacijama naponske skale na kojoj se taloži sljedeći dio aerosola možemo suditi o apsolutna vrijednost jedinični naboj, pošto naelektrisane kapi ne mogu da podnesu delimični naboj.

Osim toga, Millikan je uljnu suspenziju ozračio rendgenskim zracima i dodatno ionizirao njene organske molekule kako bi povećao njihovu elektrifikaciju i produžio vrijeme eksperimentalnog posmatranja, istovremeno povećavajući napon u komori, i to više puta radi preciziranja podataka. dobijeno. Konačno, akumulirajući dovoljno eksperimentalnih podataka za statističku obradu, Milliken je izračunao jedinični naboj i objavio rezultate, koji su sadržavali izračunati naboj elektrona što je preciznije moguće za te godine.

Milikanovo iskustvo je bilo izuzetno dugotrajno. Naučnik je, posebno, morao stalno da meri i vodi računa o vlažnosti vazduha i Atmosferski pritisak- i tako svih pet godina neprekidnog praćenja njegove instalacije. Nagrada za titanski rad je bila nobelova nagrada u fizici za 1923., dodijeljen Millikanu za njegovu publikaciju iz 1913. godine. Zanimljivo je da uz svu prividnu jednostavnost Millikanove kamere, ona nije postala muzejski eksponat. Već 1960-ih, kada se pojavila hipoteza kvarka ( cm. Standardni model), izgrađene su moderne, poboljšane instalacije, koje rade po gore opisanom principu, na kojem su naučnici bezuspješno tražili slobodni kvarkovi. Pošto nisu mogli biti pronađeni (kvarkovi razne vrste moraju imati električni naboj jednak 1/3 i 2/3 naboja elektrona), to je poslužilo kao dodatna potvrda teorije prema kojoj kvarkovi u slobodnom obliku u moderne prirode ne susreću se i uvijek su u vezanom stanju unutar drugih elementarnih čestica.

Robert Andrews Millikan, 1868-1953

američki fizičar. Rođen u Morisonu, Ilinois, sin kongregacionalističkog sveštenika i učiteljice u parohijskoj školi za devojke. Nakon što je diplomirao na Oberlin koledžu u Ohaju, nakratko je predavao grčki jezik i, istovremeno, fizika u osnovna škola. Fasciniran ovim potonjim, upisao se na Odsjek za fiziku Univerziteta Kolumbija, nakon čega je završio godinu dana prakse u vodećim laboratorijama u Evropi, a potom je upisan u nastavni kadar Univerziteta u Čikagu. Tamo je dobio univerzalno priznanje kao autoritativni učitelj (posebno, duge godine fiziku je učio iz njegovih udžbenika u američkim školama). Na istom mjestu, u Čikagu, niz godina je izvodio svoj čuveni eksperiment, koji je po prvi put omogućio da se s dovoljno preciznošću odredi naboj elektrona i stavio Millikana u čelo predstavnika američke nauke. . U isto vrijeme, naučnik je bio aktivan društvene aktivnosti i donekle doprinijelo formiranju nove slike društveno aktivnog intelektualca u svijesti masovnog čitaoca.

Tokom Prvog svetskog rata, sa činom pukovnika, Miliken je predvodio američki korpus za vezu. Naučnik je proveo dosta vremena organizirajući istraživačke institucije i 1921. je zapravo bio na čelu novostvorenog Kalifornijskog instituta za tehnologiju u Pasadeni. Istovremeno, Milliken nije otišao istraživačke aktivnosti, kao jedan od pionira fizike kosmičkih zraka. Kao rezultat toga, postao je personificirani simbol svoje generacije naučnika, nastavljajući tradiciju Engleza Johna Tyndalla i Michaela Faradaya, i anticipirao je pojavu tako istaknutih popularnih naučnika kao što je Carl Sagan.

Ideju o diskretnosti električnog naboja prvi je izrazio B. Franklin 1752. Eksperimentalno, diskretnost naboja je potkrijepljena zakonima elektrolize koje je otkrio M. Faraday 1834. godine. Numerička vrijednost elementarnog naboja (najmanji električni naboj pronađen u prirodi) je teoretski izračunat na osnovu zakona elektrolize koristeći Avogadrov broj. Direktno eksperimentalno mjerenje elementarnog naboja izveo je R. Millikan u klasičnim eksperimentima izvedenim 1908-1916. Ovi eksperimenti su takođe pružili neoborivi dokaz atomizam elektriciteta.

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

Svi fizičari su bili zainteresovani za veličinu električnog naboja elektrona, ali, ipak, do sada ga nije bilo moguće izmeriti. J. J. Thomson je već napravio mnogo pokušaja da izvrši ovo odlučujuće mjerenje, ali je prošlo deset godina rada, a Thomsonov pomoćnik G. Wilson je izvijestio da je nakon jedanaest razna mjerenja dobili su jedanaest različitih rezultata.

Prije nego što je započeo istraživanje prema vlastitoj metodi, Millikan je postavio eksperimente prema metodi korištenoj na Univerzitetu Cambridge. Teorijski dio eksperimenta je bio sljedeći: masa tijela određena je mjerenjem pritiska koji tijelo proizvodi pod utjecajem gravitacije na vagi. Ako je beskonačno maloj čestici materije dat električni naboj i ako se primijeni električna sila nagore jednaka sili gravitacije prema dolje, tada će ova čestica biti u stanju ravnoteže i fizičar može izračunati veličinu električnog naboja. Ako u ovaj slučajčestici će se dati električni naboj jednog elektrona, moći će se izračunati vrijednost tog naboja.

Teorija Kembridža bila je sasvim logična, ali fizičari nisu mogli stvoriti uređaj pomoću kojeg bi bilo moguće proučavati pojedinačne čestice tvari. Morali su se zadovoljiti promatranjem ponašanja oblaka vodenih kapi nabijenih strujom. U komori, iz koje je djelimično uklonjen zrak, nastao je oblak pare. Struja je primijenjena na vrh komore. Nakon određenog vremena, kapljice magle u oblaku su se smirile. Zatim su rendgenski zraci propušteni kroz maglu, a vodene kapi su dobile električni naboj.

U isto vrijeme, istraživači su vjerovali da je električna sila usmjerena prema gore prema onoj ispod visokog napona poklopac komore treba da spreči padanje kapi. Međutim, ništa od teški uslovi, pod kojim, i samo pod kojim, čestice mogu biti u stanju ravnoteže.

Milliken je počeo da traži novi način rješavanje problema.

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

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

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

Da bi se kapljice zaštitile od konvekcijskih strujanja zraka, kondenzator je zatvoren zaštitni poklopac gde se temperatura i pritisak održavaju konstantnim. Prilikom izvođenja eksperimenata potrebno je promatrati sljedeće zahtjeve:

a. kapi moraju biti mikroskopske veličine kako bi sile koje djeluju na kap ušle različitim pravcima(gore i dole) bile su uporedive po veličini;

b. naelektrisanje kapi, kao i njegove promene tokom ozračivanja (koristeći jonizator), bile su jednake prilično malom broju elementarnih naelektrisanja. Ovo olakšava utvrđivanje višestrukosti naboja pada na elementarni naboj;

in. gustina kapi r mora biti veća od gustine viskoznog medija r 0 u kojem se kreće (vazduh);

d) Masa kapi ne bi trebalo da se menja tokom celog eksperimenta. Da biste to učinili, ulje koje čini kap ne bi trebalo da ispari (ulje isparava mnogo sporije od vode).

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

Određivanje elementarnog naboja pomoću računskog eksperimenta.

Poznavajući brzinu pada kapi u odsustvu elektrostatičkog polja (njegov naboj nije igrao ulogu) i brzinu pada kapi u datom i poznatom elektrostatičkom polju, Millikan je mogao izračunati naboj kapi.

Zbog viskoznog otpora, kap poprima konstantnu (stalnu) brzinu gotovo odmah nakon početka kretanja (ili promjene uslova kretanja) i kreće se jednoliko. Zbog ovoga a= 0, a brzina pada se može naći. Modul stabilne brzine u odsustvu elektrostatičkog polja označavamo - v g , tada:

v g = (m – m 0) g/k (16.5).

Ako je blizu električno kolo kondenzator (slika 1), tada će se napuniti i u njemu će se stvoriti elektrostatičko polje E. U tom slučaju na naboj će djelovati dodatna sila q E pokazujući gore. Njutnov zakon u projekciji na osu X i uzimajući u obzir da je a = 0, poprimiće oblik:

-(m – m0) g + q E – k vE = 0 (16.6)

vE = (q E – (m – m0) g/k (16.7),

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

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

Iz toga slijedi da se mjerenjem stacionarnih brzina u odsustvu elektrostatičkog polja vg i u njegovom prisustvu vE može odrediti naboj kapi ako je poznat koeficijent k = 6 p h r.

Čini se da je za pronalaženje k dovoljno izmjeriti radijus kapi (viskoznost zraka poznata je iz drugih eksperimenata). Međutim, njegovo direktno mjerenje mikroskopom je nemoguće. Radijus pada je reda veličine r = 10 -4 – 10 -6 cm, što je uporedivo po redu veličine sa talasnom dužinom svetlosti. Dakle, mikroskop daje samo difrakcijsku sliku kapi, ne dozvoljavajući da se izmeri njena stvarna veličina.

Informacije o radijusu kapi mogu se dobiti iz eksperimentalnih podataka o njegovom kretanju u odsustvu elektrostatičkog polja. Znajući v g i uzimajući to u obzir

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

gdje je r gustina kapi ulja,

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

U svojim eksperimentima, Millikan je promijenio naboj kapljice dovodeći komad radijuma u kondenzator. U ovom slučaju radij zračenje je jonizovalo vazduh u komori (slika 1), usled čega bi kap mogla da uhvati dodatni pozitivan ili negativan naboj. Ako je prije toga kap bila negativno nabijena, onda je jasno da je veća vjerovatnoća da će pričvrstiti pozitivne ione na sebe. S druge strane, zbog termičko kretanje nije isključeno dodavanje negativnih jona kao rezultat sudara s njima. U oba slučaja će se promijeniti naboj kapi i - naglo - brzina njenog kretanja v E". Vrijednost q" promijenjenog naboja kapi u skladu sa (16.10) data je relacijom:

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

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

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

Upoređujući vrijednosti naboja iste kapi, moglo bi se uvjeriti da su promjena naboja i naboj same kapi višestruki od iste vrijednosti e 0 - elementarnog naboja. U svojim brojnim eksperimentima, Milliken je dobio razna značenja naelektrisanja q i q", ali su uvek predstavljali višekratnik e 0 = 1,7 . 10 -19 Cl, tj. q = n e 0 , gdje je n cijeli broj. Iz ovoga je Millikan zaključio da vrijednost e 0 predstavlja najmanju moguću količinu električne energije u prirodi, odnosno "dio", odnosno atom električne energije. Posmatranje kretanja iste kapi, tj. za njegovo kretanje prema dolje (u odsustvu električnog polja) i gore (u prisustvu električnog polja) u svakom eksperimentu, Millikan je ponovio mnogo puta, uključivajući i isključujući električno polje na vrijeme. Preciznost mjerenja naboja kapljice bitno ovisi o tačnosti mjerenja njene brzine.

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

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

test pitanja:

1. Šta je suština Thomsonove metode?

2. Šema eksperimentalne postavke?

3. Thomsonova cijev?

4. Izvođenje formule za odnos naelektrisanja i mase čestice?

5. Koji je glavni zadatak elektronske i jonske optike? A kako se obično zovu?

6. Kada je otkrivena "metoda magnetnog fokusiranja"?

7. Šta je njegova suština?

8. Kako se određuje specifični naboj elektrona?

9. Nacrtajte dijagram instalacije prema Millikanovom iskustvu?

10. Koji zahtjevi se moraju poštovati prilikom izvođenja eksperimenta?

11. Određivanje elementarnog naboja računskim eksperimentom?

12. Izvođenje formule naplate pada u smislu stope pada pada?

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