Prosedur Eksperimen Millikan, Penjelasan, Pentingnya

Dia Eksperimen Millikan, dilakukan oleh Robert Millikan (1868-1953) dengan muridnya Harvey Fletcher (1884-1981), dimulai pada tahun 1906 dan bertujuan untuk mempelajari sifat-sifat muatan listrik, menganalisis pergerakan ribuan tetes minyak di tengah-tengah sebuah elektrik yang seragam, elektrik yang seragam, bidang.

Kesimpulannya adalah bahwa muatan listrik tidak memiliki nilai sewenang -wenang, tetapi itu datang dalam kelipatan 1.6 x 10^-19 C, yang merupakan beban mendasar dari elektron. Selain itu, massa elektron ditemukan.

Gambar 1. Di sebelah kiri perangkat asli yang digunakan oleh Millikan dan Fletcher dalam percobaan mereka. Di sebelah kanan skema yang disederhanakan. Sumber: Wikimedia Commons/F. Zapata,

Sebelumnya J Fisik.J. Thompson telah menemukan secara eksperimental hubungan beban-mandy dari partikel elementer ini, yang ia sebut "sel-sel", tetapi bukan nilai dari setiap besarnya secara terpisah.

Dari beban ini - hubungan massa dan beban elektron, nilai massa ditentukan: 9.11 x 10^-31 Kg.

Untuk mencapai tujuan mereka, Millikan dan Fletcher menyajikan alat penyemprot yang dengannya kabut tetes minyak disemprotkan. Beberapa tetes dimuat secara elektrik berkat gesekan di penyemprot.

Tetesan yang dimuat perlahan -lahan mengendap pada elektroda plak datar paralel, di mana beberapa melewati lubang kecil di pelat atas, seperti yang ditunjukkan dalam skema Gambar 1.

Di dalam pelat paralel dimungkinkan untuk membuat medan listrik yang seragam dan tegak lurus terhadap pelat, yang besarnya dan polaritas dikendalikan dengan memodifikasi tegangan.

Perilaku tetes diamati dengan menerangi bagian dalam piring dengan cahaya terang.

[TOC]

Penjelasan percobaan

Jika drop memiliki beban, bidang yang dibuat di antara pelat memberikan gaya di atasnya yang menangkal gravitasi.

Dan jika itu juga berhasil ditangguhkan, itu berarti bahwa medan memberikan gaya vertikal ke atas, yang persis menyeimbangkan gravitasi. Kondisi ini akan tergantung pada nilai Q, beban gout.

Memang, Millikan mengamati bahwa setelah berbelok ke lapangan, beberapa tetes ditangguhkan, yang lain mulai memanjat atau terus turun.

Menyesuaikan nilai medan listrik -resistansi variabel variabel, misalnya -drop dapat dibiarkan tetap ditangguhkan di dalam pelat. Meskipun dalam praktiknya tidak mudah untuk dicapai, jika terjadi, hanya gaya yang diberikan oleh medan dan gravitasi bertindak pada drop.

Dapat melayani Anda: absorbansi: apa itu, contoh dan latihan diselesaikan

Jika massa drop M Dan bebannya Q, Mengetahui bahwa gaya sebanding dengan medan yang diterapkan dengan besarnya DAN, Hukum kedua Newton menetapkan bahwa kedua pasukan harus seimbang:

mg = q.DAN

Q = mg/e

Nilai dari G, Akselerasi gravitasi diketahui, serta besarnya DAN bidang, yang tergantung pada tegangan V ditetapkan antara piring dan pemisahan di antara ini L, sebagai:

E = v/l

Pertanyaannya adalah menemukan massa setetes minyak kecil. Setelah ini tercapai, tentukan bebannya Q Itu sangat mungkin. Secara alami itu M Dan Q Mereka masing -masing adalah massa dan beban setetes oli, bukan yang dari elektron.

Tapi ... drop dimuat karena kehilangan atau mendapatkan elektron, jadi nilainya terkait dengan beban partikel tersebut.

Massa drop oli

Masalah Millikan dan Fletcher adalah untuk menentukan massa penurunan, tugas yang tidak mudah karena ukurannya yang kecil.

Mengetahui kepadatan minyak, jika Anda memiliki volume volume, adonan dapat dibersihkan. Tetapi volumenya juga sangat kecil, jadi metode konvensionalnya tidak berguna.

Namun, para peneliti tahu bahwa benda -benda kecil seperti itu tidak jatuh dengan bebas, karena ketahanan udara atau lingkungan, campur tangan dengan memperlambat gerakan mereka. Meskipun partikel saat dilepaskan dengan lapangan off mengalami gerakan vertikal yang dipercepat dan turun, akhirnya jatuh dengan kecepatan konstan.

Pada kecepatan ini disebut "kecepatan terminal" atau "kecepatan batas", yang dalam kasus bola, tergantung pada radius dan viskositas udara.

Dengan tidak adanya lapangan, Millikan dan Fletcher mengukur waktu tetesnya jatuh. Dengan asumsi bahwa tetesnya berbentuk bulat dan dengan nilai viskositas udara, mereka ditetapkan untuk menentukan jari -jari secara tidak langsung dari kecepatan terminal.

Kecepatan ini menerapkan hukum Stokes dan di sini adalah persamaannya:

 Di mana:

-v_T adalah kecepatan terminal

-R Ini adalah jari -jari gout (bulat)

-η Itu adalah viskositas udara

-ρ Itu adalah kepadatan gout

Pentingnya

Eksperimen Millikan sangat penting, karena menunjukkan beberapa aspek kunci dalam fisika:

I) Beban dasar adalah elektron, yang nilainya 1.6 x 10 ^-19 C, salah satu konstanta sains mendasar.

Ii) Biaya listrik lainnya ada dalam kelipatan beban mendasar.

Dapat melayani Anda: Tembakan Parabola: Karakteristik, Rumus dan Persamaan, Contoh

Iii) Mengetahui muatan elektron dan rasio masa-masa j.J. Thomson, dimungkinkan untuk menentukan massa elektron.

Iii) Pada partikel sekecil partikel elementer, efek gravitasi dapat diabaikan terhadap elektrostatik.

Gambar 2. Millikan di latar depan ke kanan, di sebelah Albert Einstein dan fisikawan terkenal lainnya. Sumber: Wikimedia Commons.

Millikan menerima Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 1923 untuk penemuan ini. Eksperimennya juga relevan karena ia menentukan sifat mendasar dari muatan listrik ini, berdasarkan instrumentasi sederhana dan menerapkan undang -undang yang diketahui oleh semua orang.

Namun, Millikan dikritik karena telah mengesampingkan banyak pengamatan dalam eksperimennya, tanpa alasan yang jelas, untuk mengurangi kesalahan statistik hasil dan bahwa mereka lebih "rapi".

Tetes dengan variasi beban

Millikan mengukur banyak tetes dalam eksperimennya dan tidak semua minyak. Dia juga diuji dengan merkuri dan gliserin. Seperti yang dinyatakan, percobaan dimulai pada tahun 1906 dan diperpanjang selama beberapa tahun. Tiga tahun kemudian, pada tahun 1909, hasil pertama diterbitkan.

Selama waktu ini, ia memperoleh berbagai muatan yang dimuat dengan mempengaruhi x -rays melalui pelat, untuk mengionisasi udara di antara mereka. Dengan cara ini, partikel yang dimuat dilepaskan yang dapat diterima oleh tetes.

Selain itu, itu tidak berkonsentrasi semata -mata pada tetes yang ditangguhkan. Millikan mengamati bahwa ketika tetesan itu berjumlah, kecepatan kenaikan juga bervariasi sesuai dengan beban yang disediakan.

Dan jika drop turun, beban tambahan tambahan ini berkat intervensi x -rays, kecepatan tidak bervariasi, karena massa elektron yang ditambahkan ke drop adalah huruf kecil, dibandingkan dengan massa drop itu sendiri.

Terlepas dari berapa banyak beban yang ditambahkannya, Millikan menemukan bahwa semua tetesan memperoleh seluruh kelipatan dari nilai tertentu, yaitu Dan, Unit mendasar, seperti yang telah kami katakan adalah beban elektron.

Millikan awalnya memperoleh 1.592 x 10^-19 C untuk nilai ini, sedikit lebih rendah dari yang saat ini diterima, yaitu 1.602 x 10^-19 C. Alasannya mungkin adalah nilai yang diberikannya pada viskositas udara dalam persamaan untuk menentukan kecepatan terminal drop.

Contoh

Melayang setetes minyak

Kami melihat contoh berikut. Tetesan minyak memiliki kepadatan ρ = 927 kg/m³ dan dilepaskan di tengah elektroda dengan medan listrik mati. Tetesan dengan cepat mencapai kecepatan terminal, di mana jari -jari ditentukan, yang nilainya ternyata r = 4,37 x10^-7 M.

Dapat melayani Anda: kelebihan dan kekurangan gesekan

Bidang seragam dihidupkan, diarahkan secara vertikal ke atas dan memiliki besarnya 9,66 kn/c . Dengan cara ini dicapai bahwa drop ditangguhkan saat istirahat.

Itu diminta:

a) Hitung beban drop

b) Temukan berapa kali beban dasar terkandung dalam beban drop.

c) Tentukan apakah memungkinkan, tanda beban.

Gambar 3. Tetesan minyak di tengah medan listrik yang konstan. Sumber: Dasar -dasar Fisika. Rex-Wolfson.

Solusi untuk

Sebelumnya ekspresi berikut disimpulkan untuk penurunan istirahat:

Q = mg/e

Mengetahui kepadatan dan jari -jari gout, massa ini ditentukan:

ρ = m /v

V = (4/3) πr³

Karena itu:

M = ρ.V = ρ. (4/3) πr³= 927 kg/m³. (4/3) π.(4.37 x10^-7 M)³= 3.24 x 10^-16 kg

Oleh karena itu, beban tetesan adalah:

Q = mg/e = 3.24 x 10^-16 kg x 9.8 m/s²/9660 n = 3.3 x 10^-19 C

Solusi b

Mengetahui bahwa beban mendasar adalah E = 1.6 x 10 ^-19 C, beban yang diperoleh di bagian sebelumnya dibagi dengan nilai ini:

n = q/e = 3.3 x 10^-19 C/1.6 x 10 ^-19 C = 2.05

Hasilnya adalah beban drop kira -kira dua kali lipat (n≈2) dari beban dasar. Ini tidak persis dua kali lipat, tetapi perbedaan kecil ini disebabkan oleh kehadiran kesalahan eksperimental yang tak terhindarkan, serta pembulatan di masing -masing perhitungan sebelumnya.

Solusi c

Ya, dimungkinkan untuk menentukan tanda beban, berkat fakta bahwa pernyataan tersebut memberikan informasi tentang arah lapangan, yang diarahkan secara vertikal ke atas, seperti gaya.

Garis medan listrik selalu mulai dari beban positif dan berakhir dengan beban negatif, oleh karena itu pelat bawah dimuat dengan tanda + dan yang di atas dengan tanda - (lihat Gambar 3).

Karena penurunan diarahkan ke arah pelat di atas yang digerakkan oleh lapangan, dan karena tanda tanda yang berlawanan tertarik, penurunan harus memiliki muatan positif.

Sebenarnya, menjaga penurunan yang ditangguhkan tidak mudah didapat. Jadi Millikan menggunakan perpindahan vertikal (UPS.

Beban yang diperoleh ini sebanding dengan beban elektron, seperti yang telah kita lihat, dan dapat dihitung dengan kenaikan dan waktu turun, massa drop dan nilai -nilai dari G Dan DAN.

Referensi

1. Pikiran terbuka. Millikan, fisikawan yang datang untuk melihat elektron. Pulih dari: bbvaopenmind.com
2. Rex, a. 2011. Dasar -dasar fisika. Pearson.
3. Tippens, hlm. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke -7. Bukit McGraw.
4. Amrit.  Eksperimen Drop Minyak Millikan. Pulih dari: vlab.Amrit.Edu
5. Wake Forest College. Eksperimen Drop Minyak Millikan. Pulih dari: wfu.Edu