merjenje naboja elektrona - Millikanov eksperiment

[fogl]

Millikan je naredil eksperiment, kjer je pomeril, kakšen je naboj na kapljici olja. Ni pa vedel, koliko je elektronov na kapljici. Zato je naredil več eksperimentov, in določil faktor, s katerim so je lahko brez ostanka delil vse rezultate meritev.

Zanima me, kako je vedel, da je to ravno ta faktor (1,602×10^-19), ker če ta faktor delimo s 1000, ali pa še več, bi najbrž lahko ravno tako delil brez ostanka z vsemi njegovimi vrednostmi meritev?

[ZdravaPamet]

V bistvu ni delil rezultatov meritev. Nabral je veliko rezultatov in jih grafično prikazal: s histogramom (vodoravna os intervali nabojev, navpična število kapljic - distribucija kapljic po naboju). V grafu se je videlo, da je, to je seveda odvisno od tega, kakšne intervale naboje si je izbral, v določenih intervalih precej več izmerkov kot drugod. Intervale nabojev je popravil tako, da je bila sredina intervala pod špico, širok je pa bil pol toliko, kot je razdalja med dvema špicama. Prva špica je bila pri e, druga pri 2e, tretja pri 3e. Seveda so se meritve pojavljale tudi med špicami, razstresene naokoli. Te špice so dajale večkratnike osnovnega naboja.
To je na primer en način.

[fogl]

To je moral narediti pa res ogromno meritev. Koliko pa jih je naredil?

[ZdravaPamet]

Uh, ne vem, koliko. Ampak če si vešč, lahko že s sto kapljicami ali manj (študentje v drugem letniku fizike, če se ne motim, merijo 20 kapljic), dobiš lepe rezultate. Predvsem ne smeš izbirati prevelikih kapljic, ker bi bil naboj na njih prevelik; izbirati moraš majhne kapljice, da si vedno v bližni osnovnega naboja oziroma nekaj večkratnikov stran (2, 3, 4, 5,).

[shrink]

To je moral narediti pa res ogromno meritev. Koliko pa jih je naredil?

To še dandanes ni povsem jasno. Iz njegovih zapiskov so naknadno ugotovili, da je uporabil podatke meritev več kapljic, kot je poročal v članku. Tudi njegov članek glede tega ni povsem nedvoumen: na enem mestu trdi, da izsledki temeljijo na opazovanju 58 kapljic, na drugem mestu pa da temeljijo na vseh kapljicah opazovanih v 60 zaporednih dneh eksperimentiranja. Nekateri špekulirajo, da zaradi pritiska konkurenta Millikan namerno ni upošteval podatkov, ki se niso ujemali, samo zato, da bi čimprej objavil izsledke. Drugi - po natančnem pregledu zapiskov - pa menijo, da temu ni tako. Ne glede na to, kaj je res, pa so si enotni, da četudi bi Millikan upošteval vse rezultate, to ne bi dosti spremenilo njegovih zaslug pri določitvi osnovnega naboja.

Več:

http://www.aps.org/publications/apsnews ... istory.cfm.

[fogl]

Ni mi povsem jasen tale poizkus. Če prav razumem, so se na površini kapljice nabrali elektroni. Od kod pa so prišlo tja? Zakaj samo tako malo (1,2,3,4)? Zakaj pa se elektron ni enostavno odlepil in zletel proti pozitivno nabiti plošči?

[ZdravaPamet]

Kapljice olja v kondenzator vbrizgavaš z nekakšno kapalko, ki kapljice naelektri. Jaz vidim dva razloga, zakaj ne izbiraš prevelikih (in s prevelikim nabojem) kapljic. Če bi bila kapljica premočno nabita, bi jo z električnim poljem omejene jakosti težje ustavil, torej bo z manjšimi kapljicami (ki so tudi šibkeje nabite) lažje delati. In drugi razlog: če na primer opazuješ 100 kapljic, ki so naključno velike ali manjše, ne boš dobil lepega grafa, saj bo recimo 10 prevelikih, 20 čisto na začetku okoli e, ostale pa razmazane vmes - špice ne bodo tako opazne. Zato raje zgostiš meritev na manjše kapljice, ki nosijo nekaj večkratnikov naboja. Samo z velikimi kapljicami pa se tudi ne splača delati, ker jih skorajda ne boš ločil (vse bodo velike), po naboju pa se lahko razlikujejo za več kot 10e.
Elektroni bi se v principu lahko ločili od kapljice, ampak najbrž ni velika verjetnost v to prid (očividno, ker meritve uspevajo). Gre za razmerje sil, ki vežejo elektrone na kapljico in električno silo zaradi polja v okolici. Vse take meritve, pri katerih naboj ni stalen, bodo bolj ali manj razmazane okoli špic.