اكتشف ما هي تجربة Millikan
الصورة: مواقع جوجل
ال تجربة ميليكان أو تجربة قطرة الزيت قام بها الفيزيائي روبرت أندروز ميليكان وهارفي فليتشر في عام 1909 لتحديد شحنة الإلكترون (على الرغم من أنهم نشروا نسخة محدثة ومحسنة من التجربة في عام 1911 مبدئي). لا تزال هذه التجربة تعتبر اليوم واحدة من أجمل التجارب في الفيزياء. سنرى في هذا الدرس من المعلم ما هي تجربة ميليكان ببساطة ، ما كان ميليكان يحاول دراسته عندما قام بتربيته وما اكتشفه بالفعل. إذا كنت تريد أن تعرف ما تتكون هذه التجربة الأنيقة ، فاقرأ!
أوجد الشحنة الكهربية للإلكترون كان حيويًا لتطوير الفيزياء لأنه أحد الثوابت الأساسية لهذا العلم. مثل معظم الاكتشافات ، لم يكتشف ميليكان الشحنة الكهربائية بين عشية وضحاها ، ولكنه استخدم بدلاً من ذلك المعرفة والفرضيات التي اقترحها معاصروه.
بادئ ذي بدء ، قام عالم فيزياء بريطاني يُدعى ج. ج. طومسون في عام 1897 كان قد أظهر العلاقة بين الشحنة والكتلة للإلكترون ، ولكن لم يكن أي منهما على حدة. وهكذا ، شرع الباحثون في ذلك الوقت في اكتشاف واحدة من هاتين القيمتين بشكل منفصل (الشحنة أو الكتلة) ، حيث يمكن بسهولة حساب الآخر من العلاقة التي اكتشفها طومسون.
ثانيًا ، تساءل الفيزيائيون عما إذا كانت الشحنة الكهربائية أ القدر المستمر أو المنفصل. الكمية المستمرة هي الكمية التي لها حالات وسيطة لا نهائية ، مثل الوزن أو الارتفاع ، يمكننا أن نأخذ العديد من المنازل العشرية كما تسمح لنا الأداة التي نقيس بها. في المقابل ، الكمية المنفصلة هي الكمية التي يمكن تقسيمها إلى حد محدود ، مثل مثال عدد الأشخاص الذين حضروا حفلة (يمكن أن يأخذ فقط قيمًا صحيحة (عشرون ، خمسة عشر ، مائة)). يعتقد بعض الفيزيائيين ، مثل إديسون ، أن الشحنة على الإلكترون يجب أن تكون مستمرة ، لكن ميليكان يعتقد خلاف ذلك.
لذلك ، كان الهدف من تجربة ميليكان يقرر ليس فقط قيمة الشحنة الإلكترونية ولكن أيضًا كان حجمًا منفصلاً.
كانت أهمية هذا الثابت المادي كبيرة لدرجة أنه في عام 1923 ، Millikan ، على جائزة نوبل في الفيزياءويرجع ذلك جزئيًا إلى هذه التجربة والدراسات التي أجراها فريقه حول التأثير الكهروضوئي.
الصورة: Slideplayer
لبدء تجربته ، صمم Millikan جهازًا به الأجزاء التالية:
- مرذاذ. سمحت هذه الأداة لميليكان بالحصول على قطرات صغيرة جدًا من الزيت (بترتيب ميكرومتر) ، وهو أمر ضروري لتجربته.
- غرفة التكوين خاضعة للرقابة لتجنب تشتت القطرات وتدخل الهواء الخارجي.
- صفيحتان متوازيتان، أحدهما موجب الشحنة أعلاه والآخر سلبيًا أدناه. تحتوي اللوحة العلوية على فتحة تمر خلالها قطرات الزيت وكلاهما متصل بمصدر طاقة مستمر يبلغ عدة آلاف من الفولتات.
- بين اللوحين المتوازيين ، وضع ميليكان a مجهر لمشاهدة سقوط القطرات الصغيرة.
مرر Millikan الزيت من خلال زجاجة الرش ، تشكيل جزيئات صغيرة. مرت هذه الجزيئات إلى الحجرة ومن هناك إلى الصفيحة الموجبة الشحنة. الآن كان عليهم اختيار قطرة للعمل معها. بفضل تشعيع الأشعة السينية ، يصبح القطرة مشحونة عندما تمر عبر الفتحة الموجودة في اللوحة الموجبة. مثلما وصل الانخفاض إلى قمة الفجوة التي شكلتها الصفيحتان ، فإن قام الباحثون بتعديل المجال الكهربائي حتى يظل القطرة في حالة سكون أو توازن ثابت. حدث هذا عندما كانت القوة الكهربائية مساوية ومعاكسة لقوة الجاذبية. هذه القوة التي وازنت سقوط قطرة الزيت ، بحكم التعريف ، لها نفس الحجم والشحنة المعاكسة لشحنة الإلكترون.
لذلك كان الهدف الأساسي من هذه التجربة جعل قطرة الزيت تطفو ، موازنة قوة الجاذبية مع القوى الكهربائية للمجال المطبق.
الصورة: BBVA
بتكرار هذه التجربة عدة مرات وبنقاط متعددة بأحجام مختلفة ، توصل ميليكان وفريقه إلى نتيجة مفادها أن الشحنة الكهربائية تستغرق دائمًا قيمة تساوي عددًا صحيحًا مضاعفًا لشحنة أولية: أن من إلكترون. كانت القيمة التي حصل عليها ميليكان وفريقه 1,5924·10-19 ج ؛ هذه القيمة تقع في نطاق خطأ بنسبة واحد بالمائة من القيمة المقبولة حاليًا ، وهي 1,602176487.10-19 ج.
يُعتقد أن هذا الخطأ الصغير يرجع إلى استخدام Millikan قيمة لزوجة خاطئة للغلاف الجوي داخل الغرفة. علاوة على ذلك ، تبين أن هذا الحجم له قيمة منفصلة ، كما تنبأ ميليكان ومخالفًا لما كان يعتقده اديسون.
