Zjistěte, co je Millikanův experiment

The millikanský experiment nebo experiment s kapkami oleje provedli fyzik Robert Andrews Millikan a Harvey Fletcher v roce 1909 za účelem stanovení elektronový náboj (ačkoli v roce 1911 publikovali aktualizovanou a vylepšenou verzi experimentu počáteční). Tato zkušenost je dodnes považována za jeden z nejkrásnějších experimentů ve fyzice. V této lekci od UČITELE uvidíme co je Millikanův experiment Jednoduše řečeno, co se Millikan pokoušel studovat, když to zvedl, a co vlastně objevil. Pokud chcete vědět, z čeho se tento elegantní experiment skládá, čtěte dále!

Určete elektrický náboj elektronu Bylo to životně důležité pro rozvoj fyziky, protože je jednou ze základních konstant této vědy. Stejně jako většina objevů ani Millikan neobjevil elektrický náboj přes noc, ale místo toho využil znalostí a hypotéz navržených jeho současníky.

Nejprve britský fyzik J. J. Thomson v roce 1897 prokázal vztah náboje a hmotnosti elektronu, ale žádný z těchto dvou odděleně. Vědci té doby se proto rozhodli samostatně objevit jednu z těchto dvou hodnot (náboj nebo hmotnost), protože ten druhý lze snadno vypočítat ze vztahu objeveného Thomson.

Za druhé, fyzici uvažovali, jestli je elektrický náboj a spojitá nebo diskrétní velikost. Kontinuální množství je takové, které má nekonečné mezilehlé stavy, jako je hmotnost nebo výška, kterou můžeme zabírat na tolik desetinných míst, kolik nám umožňuje nástroj, s nímž měříme. Naproti tomu diskrétní veličina je taková, kterou lze dělit až na konečný limit například počet lidí, kteří se účastní večírku (může mít pouze celočíselné hodnoty (dvacet, patnáct, sto)). Někteří fyzici, jako Edison, věřili, že náboj na elektronu by měl být spojitý, ale Millikan věřil jinak.

Cílem Millikanova experimentu tedy bylo rozhodni se nejen hodnota elektronického poplatku, ale také to byla to diskrétní velikost.

Důležitost této fyzikální konstanty byla tak velká, že v roce 1923 Millikan, získal Nobelovu cenu za fyziku, částečně kvůli tomuto experimentu a studiím, které jeho tým provedl z něj a na fotoelektrickém jevu.

Pro zahájení experimentu navrhl Millikan přístroj s následující části:

• Rozprašovač. Tento nástroj umožnil Millikanovi získat velmi malé kapky oleje (řádově mikrometrů), které jsou nezbytné pro fungování jeho experimentu.
• Složení komory kontrolováno, aby se zabránilo rozptýlení kapek a interferenci venkovního vzduchu.
• Dvě paralelní desky, jeden kladně nabitý, výše a druhý záporně, níže. Horní deska má otvor pro průchod kapiček oleje a obě jsou připojeny k nepřetržitému napájení několika tisíc voltů.
• Mezi dvě rovnoběžné desky dal Millikan a mikroskop sledovat, jak malé kapky padají.

Millikan běžel olej přes atomizér, tvořící malé molekuly. Tyto molekuly prošly do komory a odtud na kladně nabitou desku. Nyní si museli vybrat kapku, se kterou budou pracovat. Díky rentgenovému záření se kapka nabila, když prošla otvorem v pozitivní desce. Právě když kapka dosáhla vrcholu mezery tvořené dvěma deskami, vědci upravovali elektrické pole, dokud pokles nezůstal v klidu nebo statická rovnováha. To se stalo, když byla elektrická síla stejná a opačná ke gravitační. Tato síla, která vyvažovala pokles olejové kapičky, má ze své podstaty stejnou velikost a opačný náboj než náboj elektronu.

Základním cílem tohoto experimentu tedy bylo aby kapka oleje plavala, vyvažování gravitační síly s elektrickými silami aplikovaného pole.

Mnohokrát opakováním tohoto experimentu as několika kapkami různých velikostí dospěl Millikan a jeho tým k výsledku, že elektrický náboj vždy trvá hodnota rovnající se celočíselnému násobku základního náboje: to z elektron. Hodnota získaná Millikanem a jeho týmem byla 1,5924·10^-19 C; tato hodnota je v rozmezí jednoho procenta chyby od aktuálně akceptované hodnoty, což je 1,602176487.10^-19 C.

Předpokládá se, že tato malá chyba je způsobena tím, že Millikan použil nesprávnou hodnotu viskozity pro atmosféru uvnitř komory. Navíc se ukázalo, že tato velikost má diskrétní hodnotu, jak předpověděl Millikan a v rozporu s tím, co si myslel Edison.