오일 드롭 실험은 1909 년 Robert A. Millikan과 Harvey Fletcher에 의해 시카고 대학교의 Ryerson Physical Laboratory에서 수행되었습니다. 대안으로 Millikan의 오일 드롭 실험으로 알려져 있습니다.
1923 년에 전자 요금을 측정하고 Millikan은 노벨상을 수상한 데 사용되었습니다. 실험 자체와 오일 드롭 실험의 의미를 이해하는 것은 물리학의 획기적인 것이 었습니다. 그것은 단열재에 의해 구분 된 평행 한 금속판 사이에 생성 된 전기장을 생성 한 장치를 사용하는 것이 포함되었습니다. 전기장이 변경되어 금속 플레이트를 통과하는 작은 전기 하전 오일 액 적은 전기장을 통과했습니다. 이 기사에는 실험에 관한 모든 세부 사항이 추가로 포함되어 있습니다.
오일 드롭 실험의 개요
오일 방울 실험은 전자의 전하를 측정하는 데 도움이되었습니다. 실험에서, 작은 하전 오일 액 적은 2 개의 금속 전극 사이에 매달린다. 이 과정은 하향 중력의 균형을 맞추고 상향 드래그 및 전기 힘의 균형을 유지합니다.
전하 오일 액적이 제로 전기장에서 서로 평행하게 유지되는 금속 전극 사이에 통과함에 따라 떨어지는 액적의 속도를 측정하는 데 도움이되었습니다. 전기장이 금속 플레이트 사이에 통과함에 따라, 방울이 기계적 평형으로 매달릴 때까지 조정되었다. 이것은 전기 및 중력이 균형을 유지하여 전기장을 결정하는 데 도움이되었음을 나타냅니다. 전기장의 전하는 1.5924 x 10-19 쿨롱 (c)으로 계산되었습니다.
오일 드롭 실험의 원리
이 실험은 오일 액적에서 분리 된 전하의 도움으로 전기 힘의 합계와 전기장 크기를 계산하는 데 도움이되었습니다. 실험의 원리는 다음과 같습니다.
- 오일 방울 실험에 따르면 오일 강하의 무게가 떨어질 수 있습니다. 전기장을 사용하여 매달린 오일 액적에 전기장을 바릅니다. 정전기력은 무게의 균형을 유지합니다. 따라서 정전기력은 낙하에 의해 결정됩니다.
- 오일 액적이 공중으로 빠르게 떨어지게하면 최대 속도로 가속화되고 터미널 속도에 도달합니다. 공기의 점성 드래그는 오일 액적의 무게의 균형을 맞추는 데 도움이됩니다. 점성 드래그는 스토크의 법칙의 도움으로 계산됩니다.
- 실험은 150 회 이상 수행되었고, 58 개의 실험을 사용하여 높은 공통 요소를 계산 하였다. 이를 통해 하나의 충전 장치에 모든 오일 드립에 대한 총 전하를 얻기 위해 곱할 수 있습니다.
오일 드롭 실험에 사용 된 장치
특수 설계된 장치가 실험에 사용되었습니다. 오일 드롭 실험의 의미와 올바른 계산은 올바른 장치가 사용 된 경우에만 결정되었습니다.
이 장치는 절연 막대로 분리 된 2 개의 금속 플레이트로 구성되었다. 각각의 판에는 4 개의 구멍이 있었고, 그 중 3 개는 빛의 통과를 허용하고 네 번째는보기에 사용되었습니다. 금속 플레이트는 수평 패턴으로 장치에 배치되며 전위차의 적용은 공간 사이에 균일 한 전기장을 만듭니다. 오일 액 적은 플레이트 사이의 공간으로 들어가는 판 위에서 챔버에 뿌려지며 플레이트를 가로 질러 전압을 변경하여 상승하거나 떨어집니다.
오일 방울 실험의 절차
오일 드롭 실험의 개요는 전자의 전하를 측정하는 데 도움이된다는 것을 나타냅니다. 실험 절차는 다음과 같습니다.
- 오일 액 적은 분무기를 통과하고 장치의 상단 판에 위치한 구멍을 통해 움직이는 작은 액 적을 더 형성합니다.
- 물방울이 아래쪽으로 이동함에 따라 오일 액 적 덩어리와 함께 현미경을 통해 움직임이 관찰 된 다음 말기 속도를 측정합니다.
- 챔버 내부의 공기는 X- 선 빔을 통과시켜 이온화되며 공기의 이온화로 인해 오일 방울은 액 적이 기체 이온과 충돌함에 따라 전하를 획득합니다.
- 오일 액 적이 금속 플레이트를 통과함에 따라 전기장은 평행 한 금속 플레이트 사이에 설치되므로 방울은 전기장의 영향을받습니다.
- 중력은 오일을 아래쪽으로 끌어 당기고 전기장으로 인해 충전이 위로 밀립니다. 전기장의 강도가 제어됨에 따라 오일 액 적은 중력의 균형에 도달합니다.
- 평형에서, 오일 액적에 전달되는 전하는 계산되며, 이는 전기장과 액적 질량의 강도에 따라 다릅니다.
Millikan의 오일 드롭 실험 계산
실험을 통해 순 전기장이 0 일 때 오일 방울이 플레이트 사이에 떨어집니다. 실험 장치와 함께 오일 액 적은 먼저 중력으로 인해 가속화되지만 공기 저항으로 인해 점차 느려지는 것으로 밝혀졌습니다.
공식으로 계산할 수 있습니다.
FUP - Q.E 및 FDOWN =M
Q.e =M.G
Q =M.GE
여기서 Q는 전자의 전하이고, M은 액적의 질량이고, E는 전기장이며, G는 중력을 나타냅니다.
결론
오일 드롭 실험은 화학 및 물리학에서 중요한 개념이며, Millikan은 실험을 사용하여 전자에 대한 전하를 설정 한 노벨상을 수상했습니다. 단일 장치는 전하, 중력 및 공기 드래그 힘의 개념을 이해하는 데 도움이되었습니다. 오일 드롭 실험을 통해 고립 된 오일 액적의 미세한 전하를 사용하여 전기 힘과 전기장 크기의 합을 쉽게 계산할 수있었습니다.
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