Досліди Міллікена по визначенню заряду електрона

Тема 3.2 Постійний електричний струм

Усякий впорядкований рух електричних зарядів ми називаємо електричним струмом. Ці заряди у вченні про струми називають носіями струму. В металах і напівпровідниках носіями струму є вільні електрони, у провідних розчинах – позитивні і негативні іони, у іонізованих газах – і електрони, і іони.

Лінії, вздовж яких рухаються носії струму, називають лініями струму. Дотична до лінії струму співпадає за напрямком зі швидкістю руху заряду в заданій точці. Іноді із ліній струму утворюють трубки струму. Властивість цих трубок – під час свого руху заряди не перетинають поверхню трубок, утворену лініями струму. Провідник – різновид струму, за його межі струм не виходить, хоч це теоретична ілюзія. Візьміть пальцем за оголений провідник…

(самостійно)

Розглядаючи протікання електричного струму через вакуум, рідини та тверді тіла ми маємо на увазі наявність мінімальної неподільної кількості електрики, яка приймає участь в переносі струму – заряд електрона. Тому принципове значення мають досліди з визначення цієї величини, поставлені Робертом Міллікеном в 1910-1913 роках. Ідея цих експериментів зводилася до наступного: будь-яке тіло може змінювати свій заряд тільки порціями, кратними заряду електрона . Точно вимірявши заряд тіла та його зміни в результаті яких-небудь впливів, ми одержимо величини, які дорівнюють цілому числу . Треба таким чином знайти число, на яке ділиться і заряд тіла, і величина зміни заряду.

В досліді Міллікена всередину плаского конденсатору, пластини якого були розташовані горизонтально, вводилися за допомогою пульверизатору крапельки масла. Введення здійснювалося через отвір у верхній пластині.

За рухом крапель можна було спостерігати у мікроскоп, тубус якого був розташований горизонтально.

При незарядженому конденсаторі краплі рухалися в полі сили тяжіння. На них діяли наступні сили:

сила тяжіння , де густина масла, радіус крапельки;

підйомна сила повітря (густина повітря);

сила тертя (формула Стокса), де коефіцієнт в’язкості повітря, швидкість падіння краплі.

Тоді

.

Величину можна було визначити експериментально, виміривши час падіння краплі між двома лініями в полі зору мікроскопа, відстань між якими заздалегідь відома. Звідси можна знайти радіус краплі

.

Якщо крапля має заряд , а на конденсатор подана різниця потенціалів такої полярності, щоб підняти заряджену краплю вгору, то поле , а крапля рухається вгору зі швидкістю , то рівнодіюча сил виглядає як

.

Але (з урахуванням підйомної сили повітря), тому

.

Швидкість визначається за допомогою мікроскопу таким же чином, що і . Так можна визначити заряд краплі .

Між пластинами пропускався пучок рентгенівських променів. В результаті в повітрі виникали іони, які могли осідати на крапельках та змінювати їх заряд. Крім цього, рентгенівські промені могли вибивати фотоелектрони з поверхні крапель. В результаті заряд крапель час від часу змінювався, що приводило до зміни швидкості їх руху . Очевидно, зміна заряду краплі є

,

де зміна швидкості краплі в полі конденсатору.

Спостерігаючи за рухом крапель в незарядженому конденсаторі, а потім в полі при дії рентгенівських променів, можна було знайти заряд крапель та зміни цього заряду . Далі підбирався загальний найбільший дільник для цих величин, який є зарядом електрона . За сучасними даними

.

Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 1427; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!