Millikan-kísérlet és szimuláció
Szerkesztés alatt!
Tartalomjegyzék |
Elméleti összefoglaló
Történeti áttekintés
Elektromos jelenségekről először a görögök számoltak be, amikor feljegyezték, hogy a megdörzsölt borostyán a könnyű tárgyakat magához vonzza. E jelenséget 1747-ben Benjamin Franklin azzal magyarázta, hogy minden anyagban bizonyos mennyiségű elektromos folyadék vagy tűz található, mely folyadék többlete pozitív, hiánya eddig negatív töltést eredményez. Symmer tizenkét évvel későbbi elmélete szerint a semleges állapotban lévő anyag azért nem mutat elektromos tulajdonságokat, mert a pozitív ill. negatív elektromosságért felelős súlytalan folyadékokból azonos mennyiséget foglal magába.
Franklin már olyan elektromos részecske létezését tételezte fel, mely elegendően kicsi ahhoz, hogy könnyen behatoljon az anyagba. Kísérletei, melyek szerint elektrolízis közben az ellentétes elektródokon kiváló vegyületek tömege arányos kémiai egyenérték-súlyukkal, támogatták ezt a hipotézist. A folyadékelmélet és az az elképzelés, mely szerint az elektromosság az anyag mechanikai feszültségi állapota, a XIX. század végéig az elektromos jelenségek kizárólagos magyarázata maradt.
Az elektromosság azon természetes egységének megnevezésére, melynek hatására valamely elektródon egy atomnyi hidrogén vagy más egyértékűanyag szabadul fel, G. J. Stoney az “elektron” kifejezést javasolta 1891-ben.
Az egyszeres iontöltés meghatározását Townsend kísérelte meg először az 1890-es évek végén. Megfigyelte, hogy kénsav elektrolízise során pozitív töltésű hidrogén és oxigén szabadul fel. A felszabaduló ionizált gázt vízen átbuborékoltatva ködöt képzett. Feltételezte, hogy a telített vízgőzben minden ion nedvességet kondenzál maga körül, vagyis az ionok száma megegyezik a cseppekével.
Townsend eredményei a 
e.s.u. (e.s.u.:egykori elektrosztatikus egység) nagyságrendbe estek. J.J Thompson 1900-ban egy a Townsendéhez hasonló módszerrel 
e.s.u. értéket kapott. Minthogy a feltevés, hogy cseppek egy iont tartalmaznak, csak közelítőleg bizonyult helyesnek, ezek a módszerek nem voltak alkalmasak az elektrontöltés pontos meghatározására.
H.S. Wilson Townsend és Thompson kísérleteit úgy tökéletesítette, hogy a két lapos rézelektróda között állított elő ködöt. A töltetlen ill. 2000 V feszültségre kapcsolt lemezek között megfigyelve a ködcseppek esési sebességét, és kihasználva, hogy a két sebesség arányos a cseppekre ható erőkkel, Wilson meghatározta az elektron töltését, mely e.s.u értékűnek adódott. Mivel Wilson mérései a köd felső részére ill. a legkisebb töltésű cseppekre vonatkoztak (a nagyobb töltésű cseppek az elektromos térben gyorsabban mozogtak lefelé), eredményei összhangban voltak a cseppenkénti egy ion feltevéssel.
Millikan tovább javította Wilson elrendezését azzal, hogy a lemezekre nagyobb feszültséget kapcsolt, aminek következtében a cseppek esési sebessége nemcsak csök-kent, hanem esetenként meg is fordult. Egyes töltött cseppek felfelé mozogtak, mások gyorsan lefelé, míg a töltetlen cseppek változatlan sebességgel haladtak lefelé. Néhány csepp, amely akkora töltést hordozott, hogy a gravitációs erőt a cseppre ható elektromos erő csaknem kiegyenlítette, a látómezőben maradt. A lemezekre kapcsolt feszültség változtatásával Millikan kiegyensúlyozta ezen cseppeket, ami lehetővé tette, hogy egyetlen cseppen végezzen méréseket. Ezzel a módszerrel tanulmányozta az egyes ionok tulajdonságait, és vizsgálta, hogy a különböző ionok azonos a töltést hordoznak-e.
Az elektron töltésének meghatározása
PDF formátum
Millikan-kísérlet és szimuláció(pdf)
