Ontdek wat het Millikan-experiment is

De millikan-experiment of oliedruppel experiment werd in 1909 uitgevoerd door natuurkundige Robert Andrews Millikan en Harvey Fletcher om de elektronenlading (hoewel ze in 1911 een bijgewerkte en verbeterde versie van het experiment publiceerden) eerste). Deze ervaring wordt vandaag de dag nog steeds beschouwd als een van de mooiste experimenten in de natuurkunde. In deze les van een LERAAR zullen we zien wat is het Millikan-experiment? Simpel gezegd, wat Millikan probeerde te bestuderen toen hij het opvoedde en wat hij eigenlijk ontdekte. Als je wilt weten waar dit elegante experiment uit bestaat, lees dan verder!

Bepaal de elektrische lading van het elektron Het was van vitaal belang voor de ontwikkeling van de natuurkunde, omdat het een van de fundamentele constanten van deze wetenschap is. Zoals de meeste ontdekkingen ontdekte Millikan elektrische lading niet van de ene op de andere dag, maar maakte hij in plaats daarvan gebruik van kennis en hypothesen die door zijn tijdgenoten waren voorgesteld.

Allereerst, een Britse natuurkundige genaamd J. J. Thomson in 1897 had hij de lading-massarelatie van het elektron aangetoond, maar geen van beide afzonderlijk. Dus gingen de onderzoekers van die tijd op zoek naar een van deze twee waarden afzonderlijk (lading of massa), aangezien de andere gemakkelijk kan worden berekend uit de relatie die is ontdekt door Thomson.

Ten tweede vroegen de natuurkundigen zich af of de elektrische lading continue of discrete magnitude. Een continue hoeveelheid is een hoeveelheid die oneindige tussentoestanden heeft, zoals gewicht of de hoogte, dat we zoveel decimalen kunnen nemen als het instrument waarmee we meten ons toelaat. Een discrete hoeveelheid daarentegen is er een die tot een eindige limiet kan worden gedeeld, zoals door bijvoorbeeld het aantal mensen dat een feest bijwoont (het kan alleen gehele getallen aannemen (twintig, vijftien, honderd)). Sommige natuurkundigen, zoals Edison, geloofden dat de lading op het elektron continu zou moeten zijn, maar Millikan geloofde anders.

Daarom was het doel van Millikan's experiment: besluiten niet alleen de waarde van de elektronische lading, maar ook dat het was een discrete omvang.

Het belang van deze natuurkundige constante was zo groot dat in 1923, Millikan, won de Nobelprijs voor natuurkunde, mede dankzij dit experiment en de onderzoeken die zijn team daaruit heeft uitgevoerd en naar het foto-elektrisch effect.

Om zijn experiment te beginnen, ontwierp Millikan een apparaat met de volgende onderdelen::

• Verstuiver. Met dit instrument kon Millikan zeer kleine druppels olie verkrijgen (in de orde van micrometers), die nodig waren om zijn experiment te laten werken.
• Compositiekamer gecontroleerd, om de verspreiding van de druppels en de interferentie van de buitenlucht te voorkomen.
• Twee parallelle platen, een positief geladen, boven, en een ander negatief, hieronder. De bovenplaat heeft een gat waar oliedruppels doorheen kunnen en beide zijn aangesloten op een continue stroomvoorziening van enkele duizenden volts.
• Tussen de twee evenwijdige platen plaatste Millikan a microscoop om de kleine druppels te zien vallen.

Millikan haalde de olie door de spuitfles, kleine moleculen vormen. Deze moleculen gingen de kamer in en van daaruit naar de positief geladen plaat. Nu moesten ze een druppel kiezen om mee te werken. Dankzij röntgenbestraling werd de druppel opgeladen toen hij door het gat in de positieve plaat ging. Net toen de druppel de bovenkant van de door de twee platen gevormde opening bereikte, onderzoekers pasten het elektrische veld aan totdat de druppel in rust bleef of statisch evenwicht. Dit gebeurde toen de elektrische kracht gelijk en tegengesteld was aan de zwaartekracht. Deze kracht die de val van de oliedruppel in evenwicht hield, is per definitie van dezelfde grootte en tegengestelde lading aan de lading van het elektron.

Het basisdoel van dit experiment was dus: laat de druppel olie drijven, balanceren van de zwaartekracht met de elektrische krachten van het aangelegde veld.

Door dit experiment vele malen te herhalen en met meerdere druppels van verschillende grootte, kwamen Millikan en zijn team tot het resultaat dat de elektrische lading altijd een waarde gelijk aan een geheel veelvoud van een elementaire lading: die van elektron. De waarde verkregen door Millikan en zijn team was: 1,5924·10^-19 C; deze waarde is binnen één procent fout van de momenteel geaccepteerde waarde, dat is 1,602176487.10^-19 C.

Aangenomen wordt dat deze kleine fout te wijten is aan het feit dat Millikan de verkeerde viscositeitswaarde gebruikt voor de atmosfeer in de kamer. Bovendien bleek deze omvang een discrete waarde te hebben, zoals Millikan had voorspeld en in tegenstelling tot wat hij dacht Edison.