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

slajd 2

Iskustvo Ioffea - Millikan Abram Fedorovich Ioffe Robert AndrewsMilliken

slajd 3

Ioffe-Milliken iskustvo

Do kraja 19. stoljeća u nizu vrlo raznolikih pokusa ustanovljeno je da postoji određeni nositelj negativnog naboja, koji je nazvan elektron. Međutim, ovo je zapravo bila hipotetska jedinica, budući da, unatoč obilju praktični materijal, nije proveden niti jedan eksperiment koji uključuje niti jedan elektron. Nije se znalo postoje li različiti elektroni za različite tvari ili je uvijek isto, kakav naboj nosi elektron, može li naboj postojati odvojeno od čestice. Općenito, o elektronu su se vodile žestoke rasprave u znanstvenoj zajednici, a nije bilo dovoljno praktične osnove koja bi nedvojbeno 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 zrak evakuiran do visokog vakuuma, bile su dvije metalne ploče P postavljene vodoravno. Iz komore A kroz otvor O u prostor između ploča dospjele su male nabijene čestice prašine cinka. Te čestice prašine promatrane su pod mikroskopom.

slajd 5

Dakle, nabijene čestice prašine i kapljice u vakuumu će pasti s gornje ploče na dno, ali ovaj proces se može zaustaviti ako je gornja ploča nabijena pozitivno, a donja negativno nabijena. Nastaje električno polje djelovat će Coulombovim silama na nabijene čestice, sprječavajući njihovo padanje. Prilagodbom količine naboja osigurali su da čestice prašine lebde u sredini između ploča. Zatim se naboj čestica prašine ili kapi smanjivao zračenjem rendgenskim zrakama ili ultraljubičastim svjetlom. Gubivši naboj, čestice prašine ponovno su počele padati, ponovno su zaustavljene podešavanjem naboja ploča. Taj je postupak ponovljen nekoliko puta, izračunavajući naboj kapljica i čestica prašine pomoću posebnih formula. Kao rezultat ovih istraživanja, bilo je moguće utvrditi da se naboj zrna prašine ili kapljica uvijek mijenjao skokovima, za strogo definiranu vrijednost ili za veličinu koja je višekratna od ove vrijednosti.

slajd 6

Abram Fedorovič Ioffe

Abram Fedorovič Ioffe ruski je fizičar koji je napravio mnoga temeljna otkrića i proveo ogromnu količinu istraživanja, uključujući i područje elektronike. Istraživao je nekretnine poluvodičkih materijala, otkrio ispravljačko svojstvo prijelaza metal-izolator, kasnije objašnjeno pomoću teorije efekta tunela, sugerirao je mogućnost pretvaranja svjetlosti u struja.

Slajd 7

Abram Fedorovich rođen je 14. listopada 1980. u gradu Romny, pokrajina Poltava (danas Poltavska regija, Ukrajina) u obitelji 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 Sveučilište u Münchenu u Njemačkoj. U Münchenu radi pod vodstvom samog Wilhelma Conrada Roentgena. Wilhelm Conrad, vidjevši marljivost, a ne kakav talent učenika, pokušava nagovoriti Abrama da ostane u Münchenu i nastavi znanstvena djelatnost, ali se pokazalo da je Ioffe bio domoljub svoje zemlje. Nakon što je 1906. diplomirao na sveučilištu, primivši stupanj doktorirao, vraća se u Rusiju.

Slajd 8

U Rusiji se Ioffe zaposli Politehnički institut. 1911. eksperimentalno određuje veličinu naboja elektrona istom metodom kao Robert Millikan (metalne čestice su bile uravnotežene u električnom i gravitacijskom polju). Zbog činjenice da je Ioffe objavio svoj rad tek dvije godine kasnije, slava otkrića mjerenja naboja elektrona pripala je američkom fizičaru. Osim određivanja naboja, Ioffe je dokazao realnost postojanja elektrona neovisno o materiji, istražio je magnetski učinak toka elektrona i dokazao statičku prirodu emisije elektrona tijekom vanjskog fotoelektričnog efekta.

Slajd 9

Godine 1913. Abram Fedorovič obranio je magistarski, a dvije godine kasnije i doktorsku disertaciju iz fizike, koja se bavila proučavanjem elastičnih i električnih svojstava kvarca. U razdoblju od 1916. do 1923. aktivno je proučavao mehanizam električne vodljivosti različitih kristala. Godine 1923. na inicijativu Ioffea temeljno istraživanje te proučavanje svojstava za to vrijeme posve novih materijala – poluvodiča. Prvi rad na ovom području proveden je uz izravno sudjelovanje ruskog fizičara i odnosio se na analizu električnih pojava između poluvodiča i metala. Otkrio je ispravljačko svojstvo prijelaza metal-poluvodič, što je tek 40 godina kasnije potkrijepljeno teorijom tunelskog efekta.

Slajd 10

Istražujući fotoelektrični efekt u poluvodičima, Ioffe je u to vrijeme izrazio prilično hrabru ideju da bi svjetlosnu energiju bilo moguće pretvoriti u električnu struju na sličan način. To je u budućnosti postao preduvjet za stvaranje fotonaponskih generatora, a posebno silicijevih pretvarača, koji su se kasnije koristili kao dio solarni paneli. Zajedno sa svojim studentima, Abram Fedorovich stvara sustav za klasifikaciju poluvodiča, kao i metodu za određivanje njihovih glavnih električnih i fizikalna svojstva. Konkretno, proučavanje njihovih termoelektričnih svojstava kasnije je postalo temelj za stvaranje poluvodičkih termoelektričnih hladnjaka, široko korištenih u cijelom svijetu u područjima 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 znanosti (Berlin i Goetingen, američke, talijanske), kao i počasni član mnogih sveučilišta diljem svijeta. Dobitnik je brojnih nagrada za svoja postignuća i istraživanja. Abram Fedorovič umro je 14. listopada 1960. godine.

slajd 12

Milliken Robert Andrus

Američki fizičar Robert Milliken rođen je u Morrisonu (Illinois) 22. ožujka 1868. u obitelji svećenika. Poslije mature Srednja škola Robert upisuje Oberlin College u Ohiju. Tamo su njegovi interesi bili usmjereni na matematiku i starogrčki jezik. Radi zarade dvije je godine izlagao fiziku na fakultetu. 1891. Millikan je diplomirao, a 1893. magistrirao fiziku.

slajd 13

Na Sveučilištu Columbia, Milliken je studirao pod vodstvom poznati fizičar M. I. Pupina. Jedno ljeto proveo je na Sveučilištu u Chicagu, gdje je radio pod vodstvom poznatog eksperimentalnog fizičara Alberta Abrahama Michelsona.

Slajd 14

Godine 1895. obranio je doktorsku tezu na Sveučilištu Columbia o proučavanju polarizacije svjetlosti. Sljedeću godinu Milliken proveo je u Europi, gdje se susreo s Henrijem Becquerelom, Maxom Planckom, Walterom Nernstom, A. Poincaréom.

slajd 15

1896. Millikan se vratio na Sveučilište u Chicagu, gdje je postao Michelsonov asistent. Tijekom sljedećih dvanaest godina Milliken je napisao nekoliko udžbenika fizike koji su bili prihvaćeni kao udžbenici za fakultete i srednje škole (s dodacima, tako su ostali i preko 50 godina). 1910. Millikan je imenovan profesorom fizike.

slajd 16

Robert Millikan razvio je metodu kapljica, koja je omogućila mjerenje naboja pojedinačnih elektrona i protona (1910. - 1914.) veliki broj pokusi s točnim proračunom naboja elektrona. Tako je eksperimentalno dokazao diskretnost električnog naboja i po prvi put točno odredio njegovu vrijednost (4,774 * 10^-10 elektrostatičkih jedinica). Provjerio Einsteinovu jednadžbu za fotoelektrični efekt u vidljivom i ultraljubičaste zrake, odredio Planckovu konstantu (1914).

Slajd 17

1921. Milliken je imenovan direktorom novog Bridgesive Physical Laboratory i predsjednikom izvršnog odbora Kalifornijskog instituta za tehnologiju. Ovdje je izveo veliki niz studija kozmičkih zraka, posebno pokuse (1921. - 1922.) sa zračnim snopovima sa samosnimajućim elektroskopima na visinama od 15.500 m. ".

Slajd 18

Tijekom 1925-1927. Millikan je pokazao da se ionizirajući učinak kozmičkog zračenja smanjuje s dubinom i potvrdio izvanzemaljskog porijekla ove kozmičke zrake. Istražujući putanje kozmičkih čestica, otkrio je u njima alfa čestice, brze elektrone, protone, neutrone, pozitrone i gama kvante. Neovisno o Vernovu, otkrio je utjecaj kozmičkih zraka na 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. Tijekom godina 1906.-1916. proveo 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 mase 10 -15 kg.

Shema istraživačke ustanove 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, kozmičko zračenje, struktura atoma.

u hermetički zatvorena komora, štiteći instalaciju od vanjski utjecaji, postavljene okrugle mjedene ploče A i B promjera 22 cm Razmak između njih bio je 1,6 cm Instalacija je uključivala sustav C, ubrizgavanje u prostor između ploča mineralno ulje, koji je formirao oblak kapljica promjera 10 -4 cm Poseban sustav 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 jakim izvorom svjetlosti. Okomito na smjer zraka kroz mikroskop D moglo se promatrati kretanje kapljica ulja. Skala, postavljena u vidno polje mikroskopa, omogućila je prebrojavanje putanje koju je prošla kap u određenom vremenskom intervalu.

Odabrano je mineralno ulje jer vrlo sporo isparava, a masa kapljice ostaje praktički nepromijenjena dugo vremena.

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

izmjeriti veliki broj promjena električnog naboja kapljice i pronaći određeni obrazac u tim promjenama.

Za rješavanje problema razmatrano je gibanje kapljice izolirane u vidnom polju mikroskopa.

Odmah nakon prskanja, kapljica počinje brzo padati pod djelovanjem gravitacije. Istodobno dobiva određeni naboj, a sila otpora, proporcionalna brzini, postupno raste. Kada se uspostavi ravnoteža između sile gravitacije i sile otpora zraka (slika 4.18), kapljica se počinje kretati jednoliko, u skladu s jednadžbom mg-kv 1 = 0.

Ovdje k- koeficijent proporcionalnosti, koji uzima u obzir utjecaj zraka na kretanje kapljice. materijal sa stranice

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 određena je iz jednadžbe gibanja, koja također uzima u obzir električnu silu

mg-qE+kv 2 = 0.

Zajedničko rješenje dviju jednadžbi dalo je vrijednost naboja kapljice:

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

Tijekom daljnjih pokusa, kapljica je osvijetljena ultraljubičastim ili rendgenskim snopom. Pritom se njegov naboj naglo promijenio. Analiza izmjerenih vrijednosti naboja omogućila je sa sigurnošću utvrditi da promjena naboja kapljice nije manja od 1,6. 10 -19 C. Takav naboj ima elektron.

Dobiveni rezultati Millikan, potvrdili su u eksperimentalnim studijama znanstvenici iz Francuske, Njemačke, Engleske, Rusije.

Na ovoj stranici materijal o temama:

• Gds studija fenomena fotoelektričnog efekta

• Instalacija Millikena

• Robert Milliken sažeti fizički zakon

• Millikenove formule

• Što je fizički zakon Roberta Millikena

Pitanja o ovoj stavci:

Do početka XX stoljeća. postojanje elektrona utvrđeno je u nizu neovisnih eksperimenata. No, unatoč ogromnom eksperimentalnom materijalu akumuliranom od strane raznih znanstvene škole, elektron je ostao, strogo govoreći, hipotetska čestica. Razlog je taj što nije postojao niti jedan eksperiment u kojem bi sudjelovali pojedini elektroni.
Najprije su se elektroni pojavili 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 radi li se fizika s istim elektronom, istim za sve tvari i tijela, ili su svojstva elektrona prosječne karakteristike široke palete "braće elektrona".

Kako bi odgovorili na ovo pitanje, 1910.-1911. američki znanstvenik Robert Andrews Milliken i sovjetski fizičar Abram Fedorovich Ioffe samostalno su izveli precizne eksperimente u kojima je bilo moguće promatrati pojedinačne elektrone.
U njihovim eksperimentima, u zatvorenoj posudi 1, iz koje je zrak evakuiran pumpom do visokog vakuuma, bile su dvije vodoravno smještene metalne ploče 2. Između njih je kroz cijev postavljen oblak nabijenih metalnih čestica prašine ili kapljica ulja. 3. Promatrane su pod mikroskopom 4 s posebnom skalom, što je omogućilo promatranje njihovog taloženja (padanja).
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 nabijena negativno, a gornja pozitivno. Tako su i učinili, postigavši ​​ravnotežu čestice prašine (kapljice), koja je promatrana pod mikroskopom.


Zatim je naboj čestica prašine (kapljica) smanjen izlaganjem ultraljubičastom ili rendgenskom zračenju. Čestice prašine (kapljice) počele su padati, jer se prateća električna sila smanjivala. Davanjem dodatnog naboja metalnim pločama i time jačanjem električnog polja, čestica prašine ponovno je 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 električno punjenje, jednako e = 1,6 10-19 C. Međutim, naboj zrna prašine ne odlazi sam, već zajedno s česticom materije. Posljedično, u prirodi postoji takva čestica materije koja ima najmanji naboj, tada već nedjeljiv - naboj elektrona. Zahvaljujući pokusima Ioffe-Millikena, postojanje elektrona se iz hipoteze pretvorilo u znanstveno potvrđenu činjenicu.
Trenutno postoje informacije o postojanju elementarne čestice(kvarkovi) s frakcijskim električnim nabojima jednakim 1/Ze i 2/Ze. Međutim, električni naboj bilo kojeg tijela uvijek je cjelobrojni višekratnik elementarnog električnog naboja; drugi "dijelovi" električnog naboja, sposobni prijeći s jednog tijela na drugo, još nisu eksperimentalno otkriveni u prirodi.

Znanstvenici su dobro svjesni da je ova čestica temeljna komponenta svega materijalnog svijeta. Sukladno tome, 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 s 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 puno stabilnije u elektrostatičkom polju, i što je najvažnije, puno 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 temelju te brzine, znanstvenik je odredio volumen i masu kapljica aerosolne suspenzije. Nakon toga je raspršio identičan aerosol u prisutnosti elektrostatičkog polja, odnosno s priključenom baterijom. U tom su slučaju kapljice ulja ostale suspendirane dosta dugo, 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 jednostavan elektrostatički naboj, onako, koji se nakuplja, recimo, na rublju koje izvadimo iz centrifuge sušilice, kao posljedica toga što se tkanina trlja o tkaninu – nastaje kao posljedica trenja kapljica o zrak koji ispunjava komoru. Međutim, zbog mikroskopske veličine kapljica ulja u komori, one ne mogu primiti veliki naboj, a naboj kapljice bit će višekratnik jediničnog naboja elektrona. To znači da ćemo postupnim snižavanjem vanjskog napona promatrati kako se kapljice ulja povremeno „talože“, a prema gradacijama naponske skale na kojoj se taloži sljedeći dio aerosola možemo suditi o apsolutna vrijednost jedinični naboj, budući da naelektrizirane kapi ne mogu podnijeti frakcijski naboj.

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

Millikanovo iskustvo bilo je izuzetno dugotrajno. Znanstvenik je posebno morao stalno mjeriti i uzimati u obzir vlažnost zraka i Atmosferski tlak- i tako svih pet godina kontinuiranog praćenja njegove instalacije. Nagrada za titanski rad bila je Nobelova nagrada u fizici za 1923., dodijeljen Millikanu za njegovu publikaciju 1913. godine. Zanimljivo, 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 na gore opisanom principu na kojem su znanstvenici bezuspješno tražili slobodni kvarkovi. Budući da se nisu mogli pronaći (kvarkovi različite vrste moraju imati električne naboje jednake 1/3 i 2/3 naboja elektrona), to je poslužilo kao dodatna potvrda teorije prema kojoj kvarkovi u slobodnom obliku u moderna priroda ne susreću se i uvijek su u vezanom stanju unutar drugih elementarnih čestica.

Robert Andrews Millikan, 1868.-1953

američki fizičar. Rođen u Morrisonu u Illinoisu, sin svećenika kongregacije i učiteljice u župnoj školi za djevojke. Nakon što je diplomirao na Oberlin Collegeu u Ohiju, kratko je predavao grčki jezik i, istovremeno, fizika u osnovna škola. Fasciniran ovim potonjim, upisao se na Odsjek za fiziku Sveučilišta Columbia, nakon čega je završio godinu dana prakse u vodećim laboratorijima u Europi, a potom je upisan u nastavno osoblje Sveučilišta u Chicagu. Tamo je dobio opće priznanje kao autoritativni učitelj (osobito, duge godine fiziku je učio iz njegovih udžbenika u američkim školama). Na istom mjestu, u Chicagu, niz godina je izvodio svoj poznati eksperiment, koji je prvi put omogućio da se s dovoljnom točnošću odredi naboj elektrona i stavio Millikana u čelo predstavnika američke znanosti. . Istodobno je znanstvenik bio aktivan socijalne aktivnosti i donekle pridonijelo stvaranju nove slike društveno aktivnog intelektualca u svijesti masovnog čitatelja.

Tijekom Prvog svjetskog rata, s činom pukovnika, Milliken je vodio američki savezni savez. Znanstvenik je proveo dosta vremena organizirajući istraživačke institucije i 1921. zapravo vodio novostvoreni Kalifornijski institut za tehnologiju u Pasadeni. Istodobno, Milliken nije otišao istraživačke aktivnosti, kao jedan od pionira fizike kozmičkih zraka. Kao rezultat toga, postao je personificirani simbol svoje generacije znanstvenika, nastavljajući tradiciju Engleza Johna Tyndalla i Michaela Faradaya, i anticipirao pojavu tako istaknutih popularnih znanstvenika kao što je Carl Sagan.

Ideju o diskretnosti električnog naboja prvi je izrazio B. Franklin 1752. Eksperimentalno je diskretnost naboja potkrijepljena zakonima elektrolize koje je otkrio M. Faraday 1834. godine. Brojčana vrijednost elementarni naboj (najmanji električni naboj pronađen u prirodi) teoretski je izračunat na temelju zakona elektrolize pomoću Avogadrova broja. Izravno eksperimentalno mjerenje elementarnog naboja proveo je R. Millikan u klasičnim pokusima provedenim 1908.-1916. Ovi eksperimenti su također pružili nepobitni dokaz atomizam elektriciteta.

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

Sve fizičare zanimala je veličina električnog naboja elektrona, ali, ipak, dosad ga nije bilo moguće izmjeriti. J. J. Thomson već je pokušao provesti ovo odlučujuće mjerenje, ali je prošlo deset godina rada, a Thomsonov pomoćnik G. Wilson izvijestio je 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 Sveučilištu Cambridge. Teorijski dio pokusa bio je sljedeći: masa tijela određena je mjerenjem pritiska koji tijelo proizvodi pod utjecajem gravitacije na vagi. Ako se beskonačno maloj čestici materije da električni naboj i ako se primijeni električna sila prema gore jednaka sili gravitacije prema dolje, tada će ta čestica biti u stanju ravnoteže, a fizičar može izračunati veličinu električnog naboja. Ako u ovaj slučajčestici će se dati električni naboj jednog elektrona, bit će moguće izračunati veličinu tog naboja.

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

Istodobno, istraživači su vjerovali da je električna sila usmjerena prema gore prema onoj ispod visoki napon poklopac komore trebao bi spriječiti padanje kapi. Međutim, ništa od teški uvjeti, pod kojim, i samo pod kojim, čestice mogu biti u stanju ravnoteže.

Milliken je počeo tražiti novi put rješavanje problema.

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

Slika 15.2 Shema eksperimentalne postavke: P - raspršivač kapljica; 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 stijenke raspršivača. Kroz malu rupu na gornjoj ploči ravnog kondenzatora K upali su u prostor između ploča. Kretanje kapi je pod mikroskopom promatrao M.

Kako bi se kapljice zaštitile od konvekcijskih strujanja zraka, kondenzator je zatvoren zaštitna navlaka gdje se temperatura i tlak održavaju konstantnim. Prilikom izvođenja eksperimenata potrebno je promatrati sljedeće zahtjeve:

a. kapi moraju biti mikroskopske veličine tako da sile koje djeluju na kap u različitim smjerovima(gore i dolje) bile su usporedive veličine;

b. naboj kapi, kao i njezine promjene tijekom zračenja (koristeći ionizator), bile su jednake prilično malom broju elementarnih naboja. To olakšava utvrđivanje višestrukosti naboja pada na elementarni naboj;

u. gustoća kapi r mora biti veća od gustoće viskoznog medija r 0 u kojem se kreće (zrak);

d. Masa kapi ne bi se trebala mijenjati tijekom cijelog pokusa. Da biste to učinili, ulje koje čini kap ne smije ispariti (ulje isparava puno sporije od vode).

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

Određivanje elementarnog naboja računskim pokusom.

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

Zbog viskoznog otpora, pad gotovo odmah nakon početka gibanja (ili promjene uvjeta gibanja) poprima stalnu (stalnu) brzinu i kreće se jednoliko. Zbog ovoga a= 0, a može se pronaći i brzina pada. Modul stalne brzine u odsustvu elektrostatičkog polja označavamo - v g , tada:

v g = (m – m 0) g/k (16.5).

Ako je blizu strujni krug 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 prema gore. Newtonov zakon u projekciji na os X i uzimajući u obzir da je a = 0, imat će oblik:

-(m – m0) g + q E – k vE = 0 (16.6)

vE = (q E – (m – m0) g/k (16.7),

gdje je vE stalna brzina kapljice 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),

slijedi da se mjerenjem stacionarnih brzina u odsutnosti elektrostatičkog polja vg i u njegovoj prisutnosti vE može odrediti naboj kapi ako je poznat koeficijent k = 6 p h r.

Čini se da je za pronalaženje k dovoljno izmjeriti polumjer kapi (viskoznost zraka poznata je iz drugih pokusa). Međutim, nemoguće je njegovo izravno mjerenje mikroskopom. Polumjer pada je reda veličine r = 10 -4 – 10 -6 cm, što je po redu veličine usporedivo s valnom duljinom svjetlosti. Stoga mikroskop daje samo difrakcijsku sliku kapi, ne dopuštajući mjerenje njezine stvarne veličine.

Informacije o polumjeru kapi mogu se dobiti iz eksperimentalnih podataka o njegovom kretanju u odsutnosti elektrostatičkog polja. Znajući v g i uzimajući u obzir da

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

gdje je r gustoća kapi ulja,

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

U svojim eksperimentima, Millikan je promijenio naboj kapljice dovodeći komad radija u kondenzator. U tom je slučaju radij zračenje ioniziralo zrak u komori (slika 1), uslijed čega bi kap mogla uhvatiti dodatni pozitivan ili negativan naboj. Ako je prije toga kap bila negativno nabijena, onda je jasno da je veća vjerojatnost da će na sebe vezati pozitivne ione. S druge strane, zbog toplinsko kretanje nije isključeno dodavanje negativnih iona kao posljedica sudara s njima. U oba slučaja promijenit će se naboj kapljice i - naglo - brzina njenog kretanja v E". Vrijednost q" promijenjenog naboja kapi u skladu s (16.10) dana je relacijom:

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

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

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

Uspoređujući vrijednosti naboja iste kapi, moglo bi se uvjeriti da su promjena naboja i naboj same kapi višekratnici iste vrijednosti e 0 - elementarnog naboja. U svojim brojnim eksperimentima Milliken je dobio razna značenja naboja q i q", ali su uvijek predstavljali višekratnik e 0 = 1,7 . 10 -19 Cl, tj. q = n e 0 , gdje je n cijeli broj. Iz toga je Millikan zaključio da vrijednost e 0 predstavlja najmanju moguću količinu električne energije u prirodi, odnosno "dio", odnosno atom električne energije. Promatranje kretanja iste kapi, t.j. za njegovo kretanje prema dolje (u nedostatku električnog polja) i gore (u prisutnosti električnog polja) u svakom eksperimentu, Millikan je ponovio mnogo puta, palivši i isključujući električno polje na vrijeme. Točnost mjerenja naboja kapi bitno ovisi o točnosti mjerenja njegove brzine.

Nakon što je iskustvom utvrdio diskretnu prirodu promjene električnog naboja, R. Milliken je uspio potvrditi postojanje elektrona i odrediti naboj jednog elektrona (elementarni naboj) 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. Millikanov rad dao je ogroman doprinos fizici i dao ogroman poticaj razvoju znanstvene misli u budućnosti.

test pitanja:

1. Koja je bit Thomsonove metode?

2. Shema eksperimentalne postavke?

3. Thomsonova cijev?

4. Izvođenje formule za omjer naboja i mase čestice?

5. Koja je glavna zadaća elektronske i ionske optike? A kako se obično zovu?

6. Kada je otkrivena "metoda magnetskog fokusiranja"?

7. Koja je njegova bit?

8. Kako se određuje specifični naboj elektrona?

9. Nacrtajte shemu instalacije prema Millikanovom iskustvu?

10. Koje zahtjeve treba poštivati ​​pri izvođenju pokusa?

11. Određivanje elementarnog naboja računskim pokusom?

12. Derivacija formule pada naboja u smislu stope pada pada?

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