Monks oginets workshop
Lab № 2
2.1 Elméleti információ
Az az elképzelés, különállóak az elektromos töltés vetette fel először Benjamin Franklin 1752-ben volt kísérletileg diszkrét töltés látszott az a törvényi elektrolízis nyitott 1834-ben Michael Faraday g. Számértéket elemi töltés (a legkisebb elektromos töltés, természetben előforduló) volt elméletileg számított törvények alapján elektrolízis segítségével Avogadro-szám. Közvetlen kísérleti mérés az elemi töltés végeztük R.Millikenom klasszikus kísérletben végrehajtott 1908 - 1916 év. Ezek a kísérletek is adott cáfolhatatlan bizonyítéka a hatalom atomizmus.
Szerint az alapvető fogalmak az elektronikus elmélet, a felelős a test megváltozott változtatásával tartalmazott mennyiségű elektront (vagy, bizonyos jelenségek ionok, mennyisége díjat, amely többszöröse az elektron töltése). Ezért a töltés bármely szervezet változik hirtelen, és amelyeknek ilyen részei tartalmaznak egy egész számú elektron díjakat.
Miután megállapítottuk kísérletileg diszkrét természete változások az elektromos töltés, R. Milliken képes visszaigazolást kap a létezését az elektronok és nagyságának meghatározásához a töltés az elektron (elemi töltés) a olajcseppek. A módszer azon alapul, a tanulmány a mozgás töltött olajcseppek egyenletes térerősség az ismert E.
Az áramkör az egyik egység Millikan ábrán látható. 2.1.
Millikan mért elektromos töltés lokalizált egyéni kis cseppek a gömb alakú, amely alakított permetezőgép P és szerzett az elektromos töltés a súrlódási villamosítás szórópisztollyal falon. Egy kis lyuk a felső lemez kondenzátor K síkon esik a lemez közötti rést. A mozgalom a csökkenés figyelhető meg a mikroszkóp
Annak érdekében, hogy megvédje a cseppeket a légáram konvekciós kondenzátor
Ábra. 2.1: Szerelési rajz. P - cseppek, K - kondenzátor SP - tápegység, M - mikroszkóp, h - a sugárforrás, P - asztal felületén.
volt zárva egy védő burkolat, a hőmérséklet és a nyomás, amelynek állandó értéken tartjuk. A következő feltételek szükségesek ahhoz, hogy ha kísérleteket végző:
1. A csepp legyen a mikroszkopikus méretű:
Az elektrosztatikus erő hat a töltött cseppek, míg az elektromos mező nagyobb, mint a gravitációs erő
költség csökken, és ez megváltoztatja a besugárzott (a használata, amely ionizáló) egyenlők voltak kellően kisszámú elemi díjakat. Ez megkönnyíti létrehozni a sok díj esik az elemi töltés;
2. cseppecske sűrűsége nagyobb kell legyen, mint 0. sűrűségű viszkózus közegben, amelyben mozog (levegő);
3. súlya csepp nem kell változtatni a kísérlet során. Ahhoz, hogy ez az olaj, amelynek a csepp nem párolog (olaj elpárolog a víz sokkal lassabban).
Ha a kondenzátor lemez bemértünk (elektromos mező E = 0), a csepp esett lassan, mozog a tetejétől az alsó lemez. Amint a kondenzátor feltöltődik lemezeket mozgásba csepp változások történtek: abban az esetben, negatív töltés a csepp és a pozitív a felső lemezen a kondenzátor cseppen lelassult, és egy bizonyos ponton az időben úgy változtatjuk, hogy az ellenkező irányba - mászni kezdett, hogy a felső lemez.
Az egyenlet a mozgás a cseppek
Ismerve a sebesség csökkenése a cseppek hiányában az elektrosztatikus tér (töltés még nem játszott szerepet), és a sebesség csökkenése a cseppek előre meghatározott és ismert elektrosztatikus mező Milliken lehetett kiszámítani a díjat esik. Ahhoz, hogy meghatározzuk a töltési kell vizsgálni az első csepp mozgás hiányában elektrosztatikus tér (nem töltött lemezek, E = 0).
Ábra. 2.2 A ható erők a csepp nélkül elektrosztatikus tér
Ebben az esetben, a csepp van három erő (2.2 ábra.):
A gravitációs erő mg;
felhajtóerő 0 V g = m 0 g = F A,
ahol 0 - levegő sűrűsége, V - térfogata a csepp, 0 0 V = m - tömege által kiszorított levegő csepp;
viszkózus ellenállási erő által kifejezett Stokes képletű kv = - 6 RV = N C., ahol - a levegő viszkozitása, r - a sugara a cseppecske, v - a fordulatszám csökken.
Megjegyzés: Stokes képlet érvényes a labda mozog, a gáz, feltéve, hogy a gömb sugarának sokszor nagyobb, mint az átlagos szabad úthossz gázmolekulák. A kísérletben esik annyira kicsi, hogy ez a feltétel nem teljesül, Millikan be a számítás a szükséges korrekciókat. Továbbá, szükséges volt figyelembe venni, hogy egy jelentős csökkentése cseppméretet, amikor annak sugara válik hasonló a vastagsága a légréteg molekulák felületén adszorbeálódott a csepp, a hatékony sűrűsége a cseppecskék jelentősen eltérhet a sűrűsége annak anyag.
Írunk az esetre ábrának megfelelő. 2.2 Newton második törvénye a vetítés, az X tengely:
- (m - m 0) g + kv g = MA;
ahol a - gyorsulás, ami esik csepp.
Mivel a viszkózus ellenállás csökkenés után szinte azonnal kezdetét mozgás vagy változás forgalmi körülmények között állandó lesz (folyamatos) mozgási sebességét és egyenletesen. Emiatt, a = 0, és a (2.1) találunk a sebessége a cseppecskék. Jelöljük modul állandó sebességgel hiányában az elektrosztatikus mező v g. majd
Meghatározása elemi töltés a számítási kísérlettel
Egyenletből (2.5), amely által létrehozott mérésével a sebesség v g V E, és hiányában az elektrosztatikus mező, és ennek megfelelően, ha jelen van, meg tudja határozni a felelős a csepp, ha ismert tényező k = 6, R.
Úgy tűnik, a megállapítás k elegendő mérésére a cseppecskék méretét, (levegő viszkozitása ismert más kísérletek). Ugyanakkor a közvetlen mérése a sugár mikroszkóp lehetetlen: r a sorrendben 10 - 4 - 10 - 6 cm-es, amely összehasonlítható a fény hullámhossza .. Ezért mikroszkóp ad csak egy elhajlási képe csepp, ami nem teszi lehetővé, hogy az intézkedés a tényleges mérete.
Információ a sugara a csökkenés lehet beszerezni kísérleti adatok állásfoglalásra hiányában elektrosztatikus tér. Ismerve v g és figyelembe véve, hogy
m - m 0 = 4 3 r 3 (- 0);
ahol - sűrűsége olajcsepp elő (2.2) -be:
A kísérleteikben, Millikan változott a díj csepp, kezében egy darab rádium a hűtőhöz. Így rádium sugárzás ionizálja a levegőt a kamrában (ábra. 2.1), miáltal egy csepp lehetett megragad további pozitív vagy negatív töltést. Előtte volt egy csepp negatív töltésű, egyértelmű, hogy annál valószínűbb, hogy csatlakozik a pozitív ionok magukat. Másrészt
Ugyanakkor lehetőség van csatlakozni a negatív ionok. Mindkét esetben, a töltés csökken és a változás - hirtelen - a sebessége v E 0. Az értéket
q 0 megváltozott töltés szerinti cseppek (2,5) által meghatározott kapcsolatban:
Tól (2.5) és (2.7) úgy határozzuk meg, a nagysága a kapcsolódó cseppecske töltés:
Összehasonlítva a nagysága a felelős egy és ugyanazon csepp, akkor látható, hogy a változás nagyságrendje igénybe, és a töltés maga csepp többszöröse az azonos nagyságrendű e - elemi töltés. Számos kísérlet Millikan kapott különböző értékeket a díjak q és q 0, de ők mindig hajtsa
- egész szám. Ezért mil-
Hasonlítom arra a következtetésre jutott, hogy az E értéke a lehető legkisebb mennyiségű villamos energia a természetben, azaz a „dózis atom vagy villamos energia.
Modern teljesítmény értéke "atom" e = 1. 10 602-19 Cl. Ez az érték az elemi elektromos töltéshordozók elektronokat negatív töltésű -e proton, amelynek töltése e.
Megjegyzés: subnuclear részecskék, az úgynevezett „túró van vádjával modulus február 3. és március 1. e e úgy, hogy a kvantum elektromos töltés tekintendő március 1 e, de atomi és molekuláris folyamatok minden többszörösei díjakat e ...
Megfigyelése a mozgás az azonos csepp, azaz annak mozgását lefelé (hiányában egy elektromos mező) és felfelé (jelenlétében egy elektromos mező) minden egyes kísérletben Milliken sokszor megismételt, időben bekapcsolása és kikapcsolása az elektromos mező. A mérés pontossága a díj csökken jelentősen függ a mérési pontosságot annak sebességét.
A számítógép kísérlet szimulálja összes művelet termelt Millikan az ő klasszikus kísérletei. A választás a megfelelő értéket az elektromos mező és a mérési sebesség csökken, akkor nagyjából egy időben ez volt a Millikan. Ez segít érezni a hangulatát a nagy fizikai kísérlet, és emlékezni a fő jellemzői. Fürdőzés után a feldolgozását „kísérleti” abból a képlet (2.5) és (2.8), akkor kap egy diszkrét értékrendje q és q, és a „meghatározza” az elektron töltése.
Lehetetlen azonban, ha úgy gondolja, hogy a segítségével számítógépes szimuláció, amit ténylegesen mért (vagy még hangosabban számított) az elektron töltése. Az érték e = 1 602 10-19 Cl beépített program, amely a számítógépen fut, és csak játszani azt a számot, amely rendelkezik a szükséges méréseket képpel
cseppek, mozog a képernyőn. Tény, hogy meghatározza a töltés az elektron csak akkor lehet valós fizikai kísérlet. Számítógépes kísérlet nem helyettesíti a valódi, hanem csak lehetővé teszi a jobb megértése a lényeg.
2.2 Ellenőrző kérdések
1. Milyen erők hatnak a cseppek a kísérletben Millikan?
2. Miért van a mozgás a cseppek megfigyelés során lehet tekinteni egy egységes?
3. Miért van az érték a folyamatos csökkenés mértéke a besugárzás során megváltozik az adott értéket?
4. Miért besugárzása a csepp képes rögzíteni a díj azonos előjelű, mint a felelős a saját, mert az azonos töltések taszítják egymást? Vajon a frekvencia befogási csepp, mint díjakat a hőmérséklet a töltés csepp magával ragadott a felelős ion?
5. Mi a fizikai értelmében a viszkozitás. Egy fizikai törvény kaphat a dimenziója?
6. Miért lehetetlen mérni a sugara a csepp azonnal mikroszkóp?
Stokes egyenlet 7. F = 6 rv alkalmazhatatlanná, ha a sugár a csepp rövidebb, mint az átlagos szabad úthossza a molekulák. Rate szabad úthossz atmoszferikus nyomáson és szobahőmérsékleten. Kiszámítása után a cseppek méretét a kísérleti adatsebesség, hogy a feltétel teljesül, hogy az r sugár >> cseppek (azaz, Stokes képlet alkalmazható és elfogadható feldolgozására képletek 2,5 és 2,8).
8. magyarázni, hogyan kell meghatározni az alapvető töltés alapján a kísérleti adatok.
9. Miért Millikan tapasztalat azt mutatja, atomizmus villamos?
10. Válassza ki az egységet rendszer az adatok feldolgozása és számítaniuk minden az állandók értékeit szükséges a rendszerben.
2.3 A számítógép kísérlet
A program elindítása után jelenik meg a képernyőn kép a kamra között a kondenzátor lemezek (ábra. 2.4).
Ha rákattint a „injekció” a számítógép megy szimuláció Millikan kísérlet. „Olaj csepp esik” kezdődik a felső lemez. Mint egy igazi kísérlet, a cseppecskék nagyon kis méretű, egy mikroszkóppal lehet megfigyelni diffrakciós, nem valódi képviseletet. az
Ábra. 2.4: A kamrát a lemezek között a kondenzátor
Azonban a tapasztalat is elfog a helyzetének megváltozását csepp idővel. A számítógép beállítja a sugár és felelős a cseppek véletlenszerűen, a kezdeti töltési esik mindig negatív.
Sebességének mérésére csepp a stopper és a magasságmérőt, ami látható a képernyőn. Ha be van kapcsolva a stopper rögzített kezdeti koordináta csepp, és ha ki van kapcsolva - vége. Felhívjuk figyelmét, hogy megnyomja a „Stop” gombot stopper nem vezet a mozgása megszűnésének a csepp. Mérésével a sebesség v g csepp hiányában elektromos mező, a képlet (2.6) a sugár a cseppek.
Annak érdekében, hogy megvalósítsa a mozgását cseppeket állandó elektrosztatikus mező, meg kell alkalmazni a kondenzátor feszültsége (pozitív potenciál mindig a felső lemezen). Attól függően, hogy a méret és a költség csepp igényel más feszültséget, amely arra szolgál, mint energiaforrás. Ez biztosítja az Ön számára a következő tulajdonságokkal rendelkezik:
1. kapcsolja a feszültséget a „Be
2. kapcsolja ki a készüléket, nyomja meg a „Ki
3. Ha módosítani a feszültséget 100 lépésekben nyomja meg a „*” és „_”.
A kondenzátor feszültsége tükröződik a skála a voltmérő látható mellett az áramellátás. Interval feszültség változik 1000 - 4000 V.
Közvetlenül azután, hogy a bukása a csökkenés kondenzátor feszültsége nulla. Ha rákattint a „Be a kondenzátor feszültsége ugrás jön létre, és egyenlő lesz 1000 V Ez az a minimális feszültség akkor lehet alkalmazni, hogy a kondenzátor is fokozatosan változik a feszültség tartományban 1000. - A 4000 ismételt karakternél” gomb * „és” _ ”. Megjegyzendő, hogy a nyilakkal, meg lehet változtatni a feszültséget csak akkor, ha a kondenzátor már feszültség alatt van.
Hirtelen kapcsolja ki a készüléket nyomja meg a „Ki” gombot. Ha majd újra kattintson a „Kondenzátoron kell kézbesíteni nem 1000, és a feszültség, amelyet a kondenzátor idején gomb megnyomásával a” Ki „. Ez nagyban leegyszerűsíti a forgalom csökken.
Például, hagyja csepp leesik sebességgel v g (feszültség a voltmérő - 0 V). Amikor közeledik a fenéklemez, akkor kapcsolja be a készüléket és a készülék például 2500V, ami egy csepp feljebb és elfogadható az Ön számára, hogy gyorsítsa v E. Amikor közeledik a felső lemez, akkor kapcsolja ki a feszültségesést, és ismét lefelé mozog v sebességgel g. Ha a csepp alján a lemez, akkor nyomja meg a „Be és voltmérő mutatja ismét 2500V, így egy csepp feljebb azonos sebességgel v E.
Ahhoz, hogy elfogadható pontosságú értékeket és v g V E c kell hordozza ugyanazt a csepp azonos körülmények között 5-6 mérések az úthosszt, és az időt az áthaladás. Amikor leszorítják egy csepp mért v g. A upstroke - v E. trébelt csepp felfelé és lefelé 5-6 alkalommal, és átlagosan a fenti mérések eredményeit, a végső értéket kapunk, és v g V E.
Ha rákattint a gombra „A besugárzás a kapcsoló ionizáló sugárzás. Ez a csökkenés elfog további pozitív vagy negatív töltést és a sebessége (állandó értéke E) ugrik. Mérjük meg az új értéket v E 0. megváltoztatása nélkül E. Ekkor a következő képlet segítségével (2.8), meg fogja találni egy csepp elfogott díj (új érték megint úgy néz ki mint az átlag 5-6 mérés).
Ha azt követően, hogy egy csepp besugárzás csökkentette a töltést, hogy a területen nem tud vele, hogy ki, növeli a feszültséget, és analízist végeztünk az (2.7) helyett (2.8).
Világítsuk azonos csepp 2-3. Ugyanakkor, próbáld meg nem, hogy dobja el a lemezeken egy kondenzátor. Ha nincs ideje időben kapcsol be és ki a mezőt (vagy nem kell választani a megfelelő érték), és egy csepp esik tetején vagy alján a lemez, a kísérlet ezzel a csepp végződik. A számítógép megkérdezi, hogy kapcsolja ki a feszültséget és egy új csepp a kamera (az új sugár és térítés ellenében).
Az esés a cseppek megtörténhet, nemcsak azért, mert a lassúsága. Például a besugárzás a csepp lehet teljesen elvesztette díjat. Akkor nincs mező nem akadályozza meg leesni. Szégyen, persze, ha a kísérletet megszakítjuk nem a te hibád, de ugyanaz a „baj” voltak Millikan.
Nem tehet fel ilyen feszültség érték, amelynél a cseppecskék túl gyors, mert ez növeli a relatív hiba az idő mérése. Alkalmas olyan cseppecske sebesség, amellyel a távolság