Tudja meg, mi a Millikan-kísérlet

A millikan kísérlet vagy olajcsepp-kísérlet Robert Andrews Millikan fizikus és Harvey Fletcher végezte 1909-ben a elektron töltés (bár 1911-ben publikálták a kísérlet frissített és továbbfejlesztett változatát a kezdeti). Ezt a tapasztalatot ma is a fizika egyik legszebb kísérletének tartják. Ebben a tanári leckében meglátjuk mi a millikan-kísérlet egyszerű módon, amit Millikan megpróbált tanulmányozni, amikor felvetette, és mit fedezett fel valójában. Ha tudni akarja, miből áll ez az elegáns kísérlet, olvassa el tovább!

Határozza meg az elektron elektromos töltését Létfontosságú volt a fizika fejlődése szempontjából, mivel ez a tudomány egyik alapvető állandója. Mint a legtöbb felfedezés, Millikan sem egyik napról a másikra fedezte fel az elektromos töltést, ehelyett a kortársai által javasolt tudást és hipotéziseket használta fel.

Először is egy J nevű brit fizikus J. Thomson 1897-ben bemutatta az elektron töltés-tömeg viszonyát, de a kettő külön-külön sem. Így az akkori kutatók elhatározták, hogy külön felfedezik e két érték egyikét (töltés vagy tömeg), mivel a másik könnyen kiszámítható az Thomson.

Másodszor, a fizikusok arra voltak kíváncsiak, hogy az elektromos töltés a folytonos vagy diszkrét nagyságú. Folyamatos mennyiség az, amelynek végtelen köztes állapota van, például súlya vagy a magasság, hogy annyi tizedesjegyet vehetünk fel, amennyit a mérni kívánt eszköz megenged. Ezzel szemben a diszkrét mennyiség olyan, amelyet véges határig fel lehet osztani, mint például például egy buliba látogatók száma (ez csak egész értékeket vehet fel (húsz, tizenöt, száz)). Néhány fizikus, például Edison, úgy vélte, hogy az elektron töltésének folyamatosnak kell lennie, Millikan azonban másként vélekedett.

Ezért Millikan kísérletének célja az volt döntsd el nemcsak az elektronikus töltés értéke, hanem az is diszkrét nagyságú volt.

Ennek a fizikai állandónak a jelentősége olyan nagy volt, hogy 1923-ban Millikan, elnyerte a fizikai Nobel-díjat, részben ennek a kísérletnek és csapata által végzett tanulmányoknak, valamint a fotoelektromos hatásnak köszönhető.

Kísérletének megkezdéséhez Millikan egy készüléket tervezett a következő részek:

• Porlasztó. Ez a műszer lehetővé tette Millikan számára, hogy nagyon kis csepp olajat szerezzen be (mikrométer nagyságrendű nagyságrendben), ami a kísérlet működéséhez szükséges.
• Kompozíciós kamra vezérelhető, hogy elkerüljék a cseppek szétszóródását és a külső levegő interferenciáját.
• Két párhuzamos lemez, egyik pozitív töltésű, fent, másik negatívan lent. A felső lemezen van egy lyuk az olajcseppek áthaladásához, és mindkettő több ezer voltos folyamatos tápegységhez csatlakozik.
• A két párhuzamos lemez közé Millikan a mikroszkóp hogy megfigyelje a kis cseppek esését.

Millikan az olajat a flakonon keresztül futtatta, kis molekulákat alkotva. Ezek a molekulák átjutottak a kamrába, és onnan a pozitív töltésű lemezre. Most választaniuk kellett egy cseppet, amellyel dolgozhattak. A röntgensugárzásnak köszönhetően a csepp feltöltődött, amikor áthaladt a pozitív lemez lyukán. Amint a csepp elért a két lemez által kialakított rés tetejéig, a a kutatók addig állították az elektromos teret, amíg a csepp nyugalomban maradt, ill statikus egyensúly. Ez akkor történt, amikor az elektromos erő egyenlő volt és ellentétes a gravitációs erővel. Ez az olajcsepp esését kiegyensúlyozó erő definíció szerint azonos nagyságrendű és ellentétes töltésű az elektron töltésével.

Tehát e kísérlet alapvető célja az volt hogy az olajcsepp lebegjen, a gravitációs erő kiegyensúlyozása az alkalmazott mező elektromos erőivel.

Millikan és csapata ennek a kísérletnek a sokszoros megismétlésével és több, különböző méretű csepp alkalmazásával arra az eredményre jutott, hogy az elektromos töltés mindig érték, amely egyenlő egy elemi töltés egész számának többszörösével: hogy a elektron. Millikan és csapata által elért érték az volt 1,5924·10^-19 C; ez az érték a jelenleg elfogadott érték egy százalékos hibáján belül van, ami 1,602176487.10^-19 C.

Úgy gondolják, hogy ez a kis hiba annak köszönhető, hogy Millikan a kamra belsejében lévő atmoszféra rossz viszkozitási értékét használta. Ez a nagyságrend diszkrét értéket mutatott, amint azt Millikan megjósolta és ellentétben gondolta Edison.