Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.12: Експеримент з падінням нафти

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19030

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    «Наскільки ти високий? Скільки ви важите?» На подібні запитання легко відповісти, оскільки у нас є інструменти для проведення вимірювань. Для вимірювання висоти вистачить дворової палички або рулетки. Можна встати на ваги ванної кімнати і визначити свою вагу.

    Зовсім інша справа вимірювати властивості предметів, які ми не можемо побачити неозброєним оком. Якщо ми хочемо виміряти розмір зародка, ми повинні використовувати мікроскоп. Щоб дізнатися розмір однієї молекули, нам доведеться використовувати ще більш складні інструменти. Отже, як би ми виміряли щось навіть менше молекули, навіть меншого за атом?

    Заряд і маса електрона

    Людиною, яка вимірювала властивості електрона, був Роберт Міллікан (1868-1953). Він навчав себе фізиці, будучи студентом в Oberlin College', оскільки на факультеті не було нікого, щоб навчати його в цій галузі. Міллікан пройшов післядипломну наукову підготовку в США та Німеччині. Його дослідження властивостей електрона виявилися величезною цінністю в багатьох областях фізики і хімії.

    Ілюстрація\(\PageIndex{1}\): Роберт Міллікан. (Кредит: Роберт Міллікан; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Robert_Andrews_Millikan.jpg(opens в новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

    Експеримент з падінням нафти

    Міллікан провів серію експериментів між 1908 і 1917 роками, що дозволило йому визначити заряд одного електрона, відомий як експеримент з падінням нафти.

    Міллікан розпорошив крихітні краплі олії в камеру. У своєму першому експерименті він просто виміряв, наскільки швидко краплі потрапляли під силу тяжіння. Потім він міг обчислити масу окремих крапель. Потім він розпорошував краплі олії і прикладав до них електричний заряд, просвітивши рентгенівські промені вгору через дно апарату. Рентгенівські промені іонізували повітря, змушуючи електрони приєднуватися до крапель олії. Краплі олії підхопили статичний заряд і були підвішені між двома зарядженими пластинами. Міллікан зміг спостерігати за рухом олійних крапель за допомогою мікроскопа і виявив, що краплі вишикувалися певним чином між пластинами, виходячи з кількості придбаних ними електричних зарядів.

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Експеримент з падінням олії. (Кредит: Користувач: Mpfiz/Wikimedia Commons; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simplified_scheme_of_Millikan%25E2%2580%2599s_experiment_replica.svg(opens у новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

    Міллікан використовував інформацію для обчислення заряду електрона. Він визначив заряд\(1.5924 \times 10^{-19} \: \text{C}\), де\(\text{C}\) позначає кулон, який становить один ампер*секунду. Сьогодні прийнятим значенням заряду електрона є\(1.602176487 \times 10^{-19} \: \text{C}\). Експериментальне значення Міллікана виявилося дуже точним; воно знаходиться в межах\(1\%\) прийнятого в даний час значення. Пізніше Міллікан використав інформацію зі свого експерименту з краплі нафти для обчислення маси електрона. Прийняте значення сьогодні є\(9.10938215 \times 10^{-31} \: \text{kg}\). Виявлено, що неймовірно мала маса електрона становить приблизно 1/1840 масу атома водню. Тому вчені зрозуміли, що атоми повинні містити ще одну частинку, яка несе позитивний заряд і набагато масивніше електрона.

    Резюме

    • Експеримент по падінню масла дозволив Міллікану визначити заряд на електроні.
    • Пізніше він використовував ці дані для визначення маси електрона.

    Рецензія

    • Як Міллікан вивчив фізику в коледжі?
    • Що використовував Міллікан, щоб підібрати статичний заряд?
    • Куди пішли масляні краплі для вимірювання?