Опыт Милликена

Явление взаимодействия заряженного те­ла с электрическим полем было использо­вано американским физиком Робертом Мил­ликеном для подтверждения дискретности электрического заряда и измерения наиме­ньшего его значения. На протяжении 1906— 1916 лет он провел серию опытов, которые отмечались оригинальностью и большой точ­ностью. В соответствии с целью и страте­гией исследования нужно было найти спо­соб измерения сил порядка 10^-13 Н, дейст­вующих на частички массой 10^-15 кг.

Схема исследовательской установки Р. Милликена показана на рис. 4.17.

Роберт Эндрус Милликен (1868 — 1953) — американский физик, исследовал свой­ства электрона, первый измерил заряд электрона, изучал явления фотоэффек­та, ультрафиолетовое излучение, кос­мическое излучение, строение атома.

В герметически закрытой камере, защи­щающей установку от внешних влияний, разместили круглые латунные пластинки A и B диаметром 22 см. Расстояние между ними было 1,6 см. В состав установки вхо­дила система C, впрыскивающая в про­странство между пластинами минеральное масло, которое образовывало облачко из капелек диаметром 10^-4 см. Специальная си­стема в нужный момент создавала между пластинами электрическое поле напряжен­ностью около 10⁶ Н/Кл.

Капли масла, попадающие в простран­ство между пластинами, освещались силь­ным источником света. Перпендикулярно направлению лучей в микроскоп Д можно было наблюдать движение масляных капе­лек. Шкала, размещенная в поле зрения микроскопа, позволяла отсчитывать путь, пройденный каплей за определенный ин­тервал времени.

Минеральное масло было выбрано по­тому, что оно очень медленно испаряется и масса капельки продолжительное время ос­тается практически неизменной.

Рис. 4.17. Схема од­ной из эксперимен­тальных установок Р. Милликена

Идею исследования Р. Милликена кратко можно сформулировать так:

измерить боль­шое количество изменений электрического за­ряда капельки и найти определенную законо­мерность в этих изменениях.

Для решения поставленной задачи рас­сматривалось движение выделенной в поле зрения микроскопа капельки.

Рис. 4.18. Силы, действующие на ка­пельку масла в опыте Милликена

Сразу после распыления капелька под действием силы тяжести начинает ускорен­но падать вниз. При этом она приобретает определенный заряд, а сила сопротивления, пропорциональная скорости, постепенно воз­растает. При установлении равновесия меж­ду силой тяжести и силой сопротивления воздуха (рис. 4.18) капелька начинает двигаться равномерно, в соответствии с урав­нением mg — kv₁ = 0.

Здесь k — коэффициент пропорциональ­ности, который учитывает влияние воздуха на движение капельки. Материал с сайта http://worldof.school

Рис. 4.19. Силы, действующие на ка­пельку масла в электрическом поле плас­тин экспериментальной установки Мил­ликена

После приложения напряжения к плас­тинам появляется электрическая сила, дейст­вие которой приводит к изменению ско­рости движения капельки. Изменяя напряжен­ность электрического поля между пластина­ми, можно было достичь того, что капелька на­чинала равномерно двигаться вверх (рис. 4.19). Установившаяся скорость определялась из уравнения движения, которое учитывает и электрическую силу

mg — qE + kv₂ = 0.

Совместное решение двух уравнений да­вало значения заряда капельки:

q = k(v₁ + v₂) / E.

В ходе дальнейших опытов капелька ос­вещалась ультрафиолетовым или рентгенов­ским лучом. При этом заряд ее изменялся скачкообразно. Анализ измеренных значений зарядов позволил с определенной достовер­ностью установить, что изменение заряда капельки не было меньшим 1,6 • 10^-19Кл. Такой заряд имеет электрон.

Результаты, полученные Милликеном, были подтверждены в экспериментальных исследованиях ученых Франции, Германии, Англии, России.

На этой странице материал по темам:

• Роберт милликен краткая физический закон

• Милликен формуласы

• Какой физический закон у роберта милликена

• Гдз исследование явления фотоэффект

• Опыт милликена формула

Вопросы по этому материалу:

• С какой целью проводился опыт Милликена?

• Какие основные части установки для опыта Милликена?

• Как измерялся заряд капельки?

• Какова закономерность наблюдалась в изменениях заряда капельки?

• Чему равняется наименьшее выявленное изменение электричес­кого заряда капельки?