Otkrijte što je Millikanov eksperiment

The millikan eksperiment ili pokus kapljice ulja izveli su fizičar Robert Andrews Millikan i Harvey Fletcher 1909. godine kako bi utvrdili naboj elektrona (iako su 1911. objavili ažuriranu i poboljšanu verziju eksperimenta početni). Ovo se iskustvo i danas smatra jednim od najljepših eksperimenata u fizici. U ovoj lekciji od UČITELJA ćemo vidjeti što je Millikanov eksperiment Jednostavno rečeno, ono što je Millikan pokušavao proučiti kad ga je podigao i što je zapravo otkrio. Ako želite znati od čega se sastoji ovaj elegantni eksperiment, čitajte dalje!

Odrediti električni naboj elektrona Bilo je vitalno za razvoj fizike jer je jedna od temeljnih konstanti ove znanosti. Kao i većina otkrića, Millikan nije otkrio električni naboj preko noći, već se služio znanjem i hipotezama koje su predlagali njegovi suvremenici.

Prije svega, britanski fizičar po imenu J. J. Thomson 1897. pokazao je odnos naboj-masa elektrona, ali niti jedan od njih dvojice zasebno. Stoga su tadašnji istraživači namjeravali odvojeno otkriti jednu od ove dvije vrijednosti (naboj ili masa), jer bi se drugi mogao lako izračunati iz veze koju je otkrio Thomson.

Drugo, fizičari su se pitali je li električni naboj a kontinuirana ili diskretna veličina. Kontinuirana veličina je ona koja ima beskonačna međustanja, poput težine ili visine, da možemo uzeti onoliko decimalnih mjesta koliko nam dopušta instrument kojim mjerimo. Nasuprot tome, diskretna veličina je ona koja se može podijeliti do konačne granice, kao po primjer broj ljudi koji prisustvuju zabavi (može imati samo cjelobrojne vrijednosti (dvadeset, petnaest, jedna stotina)). Neki fizičari, poput Edisona, vjerovali su da bi naboj na elektronu trebao biti neprekidan, ali Millikan je vjerovao u suprotno.

Stoga je cilj Millikanova eksperimenta bio odlučiti ne samo vrijednost elektroničkog naboja već i to bila je to diskretna veličina.

Važnost ove fizičke konstante bila je toliko velika da je 1923. god. Millikan, dobitnik je Nobelove nagrade za fiziku, dijelom zbog ovog eksperimenta i studija koje je njegov tim proveo na njemu i na fotoelektričnom efektu.

Da bi započeo svoj eksperiment, Millikan je dizajnirao aparat sa sljedeći dijelovi:

• Raspršivač. Ovaj je instrument Millikanu omogućio dobivanje vrlo malih kapi ulja (veličine mikrometara), potrebne za rad njegovog eksperimenta.
• Kompozicijska komora kontrolirano, kako bi se izbjeglo širenje kapi i ometanje vanjskog zraka
• Dvije paralelne ploče, jedan pozitivno nabijen, gore, a drugi negativno, dolje. Na gornjoj ploči nalazi se otvor za prolazak kapljica ulja i obje su povezane na neprekidno napajanje od nekoliko tisuća volti.
• Između dvije paralelne ploče Millikan je stavio mikroskop promatrati pad malih kapljica.

Millikan je prolazio ulje kroz raspršivač, tvoreći male molekule. Te su molekule prešle u komoru, a odatle na pozitivno nabijenu ploču. Sad su morali odabrati kap za rad. Zahvaljujući zračenju X-zrakom, kap se napunila kad je prošla kroz rupu na pozitivnoj ploči. Baš kad je kap dosegla vrh praznine koju su tvorile dvije ploče, istraživači su podešavali električno polje sve dok kap nije ostao mirovati ili statička ravnoteža. To se dogodilo kad je električna sila bila jednaka i suprotna gravitacijskoj. Ova sila koja je uravnotežila pad kapljice ulja po definiciji je iste veličine i suprotnog naboja naboju elektrona.

Dakle, osnovni cilj ovog eksperimenta bio je neka kap ulja pluta, uravnotežujući silu gravitacije s električnim silama primijenjenog polja.

Ponavljajući ovaj eksperiment više puta i s više kapi različitih veličina, Millikan i njegov tim došli su do rezultata da električni naboj uvijek traje vrijednost jednaka cjelobrojnom višekratniku elementarnog naboja: ono od elektron. Vrijednost koju su dobili Millikan i njegov tim bila je 1,5924·10^-19 C; ova vrijednost je unutar jednog postotka pogreške od trenutno prihvaćene vrijednosti, koja je 1,602176487.10^-19 C.

Vjeruje se da je do ove male pogreške došlo zbog Millikana koji koristi pogrešnu vrijednost viskoznosti za atmosferu unutar komore. Nadalje, pokazalo se da ova veličina ima diskretnu vrijednost, kao što je Millikan predvidio i protivna onome što je mislio Edison.