گزارشکار آزمایش میلیکان

گزارش کار آزمایش قطره میلیکان,آزمایش میلیکان تعیین بار الکترون,محاسبات آزمایش میلیکان,زندگینامه رابرت میلیکان,شرح آزمایش قطره روغن میلیکان,گزارش کار پراش الکترون.

رابرت اندروز میلیکان (به انگلیسی: Robert Andrews Millikan) (زاده ۲۲ مارس ۱۸۶۸ – درگذشته ۱۹ دسامبر ۱۹۵۳ زاده ایالت ایلینوی آمریکا) فیزیکدان برجسته آمریکایی بود.
میلیکان دانش‌آموخته دانشگاه کلمبیا، و عضو هیئت علمی دانشگاه کلتک بود.
وی برنده جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۲۳ است.
میلیکان برای اولین بار توانست بار الکترون را توسط آزمایش قطره روغن اندازه‌گیری کند.

آزمایش میلیکان

هدف:نشان دادن طبیعت ذره ای بار الکتریکی و تعیین بار پایه

مقدمه:

آزمایش تامسون با اشعه کاتودی وجود ذرات کوچک با بار منفی را نشان داد اما این فرض که بار موجود در روی یکی از این ذرات با بار یونهای تک ظرفیتی در محلولها و یا در گازهای هادی الکتریسیته یکسان و برابر است گر چه منطقی بنظر می رسید ولی احتیاج به اثبات داشت راه حل مستقیم این مساله آن بود که بارهای این ذرات (پرتوهای کاتودی) اندازه گیری شود ولی این اندازه گیری بعلت داشتن سرعت زیاد ذرات کاتودی امکان پذیر نبود اما منابع دیگر بارهای منفی مشابه در دسترسی بود.

در اواخر قرن نوزدهم میلادی دریافته شد که هر گاه پرتوهای فرابنفش به فلزاتی بتابد، ذراتی با بارهای منفی و با سرعت کم از آن تابش می شود (پدیده فوتو الکتریک) تامسـون مقدار را برای این ذرات بدست آورد و ملاحظه نمود که مقدار این نسبت عملاً برابر مشابه برای ذرات کاتودی است. با آزمایش در مورد ذرات حاصل از تابش فلزات گداخته پدیده ترمویونیک همان نتیجه نیز بدست آمد.

برابر بودن مقدار برای ذرات منفی که از منابع مختلف بدست آمده بودند این نتیجه را داد که تمام این بارها مربوط به یک ذره مشخص هستند اما هنوز برابر بودن مقدار بار این ذرات با آزمایش ثابت نشده بود اثبات نهایی کوانتیده بودن بار الکتریکی و اولین سنجش مقدار بار الکترون توسط میلیکان صورت پذیرفت(۱۹۱۷-۱۹۰۹)

البته قبل از میلیکان کسان دیگری نیز اقدام به اندازه گیری بار الکترون نموده بودند که می توان از تاون سند(۱۸۹۷)، تامسون(۱۹۰۳) و ویلسون(۱۹۰۳) نام برد و در واقع روش میلیکان تکمیل و تصحیح روش ویلسون بود.

بخش اساسی سیستم میلیکان در شکل صفحه زیر نشان داده شده است P1وP2 دو صفحه دقیقاً موازی هستند توسط یک روغن پاش(تولید کننده قطرات بسیار ریز) ذرات روغن از سوراخ کوچک روی صفحه P1 بین دو صفحه چکانده می شود این سیستم در یک محفظه واقع است تا از جریان هوا محفوظ بماند قطرات روغن توسط یک منبع نور روشن می شود و بوسیله یک میکروسکوپ می توان آنها را مشاهده کرد.

ذرات روغن در بین صفحات، تحت تأثیر نیروی وزن، نیروی ارشمیدس (در هوا) و مقاومت هوا، حرکت کندی خواهند داشت ذرات روغن در اثر تماس با مولکولهای یونیده هوا که در اثر تابش ذرات آلفا ایجاد شده اند، باردار می شوند برای ایجاد یونش در مولکول های هوا از یک چشمه ضعیفPu 238 که گسیل کننده آلفا است استفاده می شود.

حال اگر دو صفحه P1وP2 را به اختلاف پتانسیلی حدود چند ولت وصل کنیم یک میدان الکتریکی یکنواخت بین صفحات ایجاد می شود که در حرکت ذرات روغن تأثیری می گذارد.

با بررسی رفتار ذره باردار تحت تاثیر نیروهای مکانیکی و الکتریکی می توان مقدار بار ذرات روغن را به ترتیبی که در بخش های بعد خواهیم دید محاسبه کرد.

معمولاً قطره ها یک یا چند الکترون از محیط بدست می آورند و در میدان الکتریکی سرعت می گیرند و می توان بطور مداوم یک قطره را تحت نظر گرفت بعلاوه در طول مدت مشاهده جرم قطره روغن تقریباً ثابت می ماند( اگر از تبخیر روغن چشم پوشی شود) اصولاً یک قطره باردار روغن تحت تأثیر نیروهای زیر قرار می گیرد.

۱- نیروی حاصل از میدان الکتریکی                        (۱)

۲- نیروی بازدارندهKV حاصل از چسبندگی هوا، قطره های روغن در هوا تحت تأثیر نیروی ثابت حرکت می کنند و سرعت آنها سریعاً به سرعت حد می رسد(طبق قانون استوکس)

(۲)

در فرمول فوقR شعاع ذره و ضریب چسبندگی روغن وV سرعت حد است چون مقدار عبارت  ثابت است می توان آن را بهK نمایش داد و عبارت فوق بصورت رابطهF=KV در  می آید.

۳- نیروی حاصل از میدان جاذبه گرانشی زمین یعنی نیروی وزن آنmg و به بیان دقیقتر

(۳)

که و به ترتیب چگالی روغن و هوا می باشد جمله مربوط به نیروی ارشمیدس می باشد که مقدار آن ناچیز است(به چه دلیل؟)

تعیینq با استفاده از میدان الکتریکی مستقیم:

با در نظر گرفتن نیروهای وارد بر قطره روغن باردار رابطه زیر را خواهیم داشت.

(۴)

بهE جهتی می دهیم که نیروی وارد بر بار الکتریکی            q هم جهت با وزن قطرهmg باشد بدین ترتیب قطره با سرعت بطرف پائین به حرکت در خواهد آمد بطوریکه:

(۵)

حال جهت E را عوض می کنیم ولی شدت آن را ثابت نگه می داریم در این حالت قطره با سرعت  بطرف بالا به حرکت در خواهد آمد بطوریکه

(۶)

از ترکیب روابط(۵) و(۶) خواهیم داشت

(۷)

(۸)

حال  Kوm را در رابطه (۸) جایگزین می کنیم

(۹)

از ترکیب این رابطه با رابطه(۷) و با در نظر گرفتن بالاخره نتیجه می شود.

اگر عبارت داخل پرانتز را که مقدار ثابتی است به C نشان دهیم خواهیم داشت:

(۱۰)

که در آن C برابر است با:

با اندازه گیری سرعت های بالا رفتن و پایین آمدن قطره باردار تحت میدان الکتریکی نتیجه می شود که را می توان به صورت نوشت که در آن e بار الکتریکی پایه(بار الکترون) و n عدد درستی است.

مقادیر ثابت در روابط فوق به قرار زیرند

فاصله صفحات خازن

چکالی روغن سیلیکن

ضریب چسبندگی هوا

شتاب گرانشی

چگالی هوا

روش آزمایش …..

متن کامل به صورت فایل word و نمایش فرمول های کامل و محاسبه و قابل ویرایش در زیر:قیمت ۱۰۰۰ تومان

RIAL 10,000 – خرید

ممکن است شما دوست داشته باشید بیشتر از نویسنده