גלה מהו ניסוי Millikan

ה ניסוי מיליקאן אוֹ ניסוי טיפת שמן בוצע על ידי הפיזיקאי רוברט אנדרוס מיליקן והארווי פלטשר בשנת 1909 כדי לקבוע את מטען אלקטרונים (אם כי בשנת 1911 הם פרסמו גרסה מעודכנת ומשופרת של הניסוי התחלתי). חוויה זו נחשבת עד היום לאחד הניסויים היפים בפיזיקה. בשיעור זה של מורה שנראה מהו ניסוי המיליקאן במילים פשוטות, מה מיליקאן ניסה ללמוד כשהעלה אותו ומה הוא גילה בפועל. אם אתה רוצה לדעת ממה מורכב הניסוי האלגנטי הזה, המשך לקרוא!

קבע את המטען החשמלי של האלקטרון זה היה חיוני להתפתחות הפיזיקה מכיוון שהוא אחד הקבועים הבסיסיים של מדע זה. כמו רוב התגליות, מיליקן לא גילה מטען חשמלי בן לילה, אלא השתמש בידע ובהשערות שהציעו בני דורו.

קודם כל, פיזיקאי בריטי בשם י. י. תומסון בשנת 1897 הוא הוכיח את יחסי המטען-המסה של האלקטרון, אך אף אחד מהשניים בנפרד. לפיכך, חוקרי התקופה החלו לגלות בנפרד אחד משני הערכים הללו (מטען או מסה), שכן ניתן לחשב את האחר בקלות מתוך מערכת היחסים שגילתה תומסון.

שנית, הפיזיקאים תהו אם המטען החשמלי הוא a גודל רציף או דיסקרטי. כמות רציפה היא כזו שיש לה אינסוף מצבי ביניים, כמו משקל או את הגובה, שנוכל לתפוס מספר רב של עשרוניות כפי שהמכשיר שאיתו אנו מודדים מאפשר לנו. לעומת זאת, כמות דיסקרטית היא כזו שניתן לחלק אותה עד גבול סופי, כמו על ידי לדוגמא מספר האנשים שמשתתפים במסיבה (זה יכול לקחת רק ערכים שלמים (עשרים, חמש עשרה, מאה)). כמה פיסיקאים, כמו אדיסון, האמינו שהמטען על האלקטרון צריך להיות רציף, אבל מיליקן האמין אחרת.

לכן מטרת הניסוי של מיליקן הייתה לְהַחלִיט לא רק את שווי המטען האלקטרוני אלא גם את זה זה היה גודל נפרד.

חשיבותו של קבוע פיזי זה הייתה כה גדולה עד שבשנת 1923, מיליקן, זכה בפרס נובל לפיזיקה, בין השאר בגלל ניסוי זה והמחקרים שצוותו ביצע ממנו ועל האפקט הפוטואלקטרי.

כדי להתחיל בניסוי שלו תכנן מיליקן מכשיר עם ה- החלקים הבאים:

• מַרסֵס. מכשיר זה איפשר למיליקן להשיג טיפות שמן קטנות מאוד (בסדר גודל של מיקרומטר), הדרושות לעבודת הניסוי שלו.
• תא הרכב מבוקר, כדי למנוע פיזור הטיפות והפרעות האוויר החיצוני.
• שתי לוחות מקבילים, אחד טעון חיובי, מעל, ואחר שלילי, למטה. בצלחת העליונה יש חור שעוברות טיפות שמן ושניהם מחוברים לאספקת חשמל רציפה של כמה אלפי וולט.
• בין שתי הלוחות המקבילים, מיליקאן שם מִיקרוֹסקוֹפּ להתבונן בנפילת הטיפות הקטנות.

מיליקן העביר את השמן דרך האטומיזר, יוצרים מולקולות קטנות. מולקולות אלה עברו לחדר ומשם לצלחת הטעונה באופן חיובי. עכשיו הם היו צריכים לבחור טיפה לעבוד איתה. הודות לקרינת רנטגן, הטיפה נעשתה טעונה כאשר היא עברה דרך החור בצלחת החיובית. בדיוק כשהטיפה הגיעה לראש הפער שנוצר על ידי שתי הלוחות, ה- החוקרים התאימו את השדה החשמלי עד שהירידה נשארה במנוחה או שיווי משקל סטטי. זה קרה כאשר הכוח החשמלי היה שווה ומנוגד לכוח הכבידה. כוח זה שאיזן את נפילת טיפת השמן הוא, בהגדרה, באותו גודל ומטען הפוך למטען האלקטרון.

אז המטרה הבסיסית של הניסוי הזה הייתה לגרום לטיפת השמן לצוף, איזון כוח הכבידה עם הכוחות החשמליים של השדה המופעל.

על ידי חזרה על ניסוי זה פעמים רבות ועם טיפות מרובות בגדלים שונים, Millikan וצוותו הגיעו לתוצאה שהמטען החשמלי תמיד לוקח ערך השווה לכפול שלם של מטען אלמנטרי: זה של אֶלֶקטרוֹן. הערך שהשיגו מיליקן וצוותו היה 1,5924·10^-19 C; ערך זה נמצא בטעות של אחוז אחד מהערך המקובל כיום, כלומר 1,602176487.10^-19 ג.

ההערכה היא כי שגיאה קטנה זו נובעת מכך שמיליקן השתמש בערך הצמיגות הלא נכון לאווירה שבתוך החדר. יתר על כן, לסדר גודל זה היה ערך נפרד, כפי שחזה מיליקאן ובניגוד למה שחשב אדיסון.