油滴実験は、1909 年にシカゴ大学の Ryerson Physical Laboratory で Robert A. Millikan と Harvey Fletcher によって行われました。ミリカンの油滴実験とも呼ばれています。
電子の電荷を測定するために使用され、ミリカンは 1923 年にノーベル賞を受賞しました。実験自体と、油滴実験の意味を理解することは、物理学のブレークスルーでした。それは、絶縁体によって隔てられた平行な金属板の間に電界を発生させる装置を使用することを含んでいました。電場の変化により、帯電した小さな油滴が金属板を通過しました。この記事には、実験に関するすべての詳細が含まれています。
油滴実験の概要
油滴実験は、電子の電荷を測定するのに役立ちました。実験では、帯電した小さな油滴が 2 つの金属電極の間に浮遊しています。このプロセスは、下向きの重力と上向きの抗力および電気力のバランスをとります。
帯電した油滴は、ゼロ電界で互いに平行に保持された金属電極の間を通過するため、落下する滴の速度を測定するのに役立ちました。電場が金属板の間を通過するとき、液滴が機械的平衡状態で浮遊するまで調整されました。これは、電気力と重力が釣り合っていることを示しており、電界の決定に役立ちました。電界の電荷は、1.5924 x 10-19 クーロン (C) と計算されました。
油滴実験の原理
この実験は、油滴から分離された電荷の助けを借りて、電気力の合計と電場の大きさを計算するのに役立ちました。実験の原則は次のとおりです。
- 油滴実験は、油滴がその重さで落下する可能性があることを示しました。電場を使用して懸濁した油滴に電場を適用します。静電気力がその重量と釣り合います。したがって、静電力は落下によって決まります。
- 油滴が空中に急速に落下すると、最大速度で加速し、終末速度に達します。空気の粘性抵抗は、油滴の重量のバランスをとるのに役立ちます。粘性抗力は、ストークの法則を利用して計算されます。
- 実験は 150 回以上行われ、58 回の実験を使用して高公約数が計算されました。これにより、1 つの電荷単位を乗算して、すべての油滴の合計電荷を得ることができることがわかりました。
油滴実験に使用した装置
実験には特別に設計された装置が使用されました。油滴実験と正しい計算の意味は、正しい装置が使用された場合にのみ決定されました。
この装置は、絶縁ロッドによって分離された 2 枚の金属プレートから構成されていました。各プレートには 4 つの穴があり、そのうち 3 つが光を通過させ、4 つ目が観察に使用されました。金属板は水平パターンで装置内に配置され、電位差の適用により、空間間に均一な電場が作成されます。油滴はプレートの上からチャンバ内に噴霧され、プレート間の空間に入り、プレート間の電圧を変化させることによって上昇または下降します。
油滴実験の手順
油滴実験の概要は、電子の電荷を測定するのに役立つことを示しています。実験の手順は次のとおりです。
- オイルの液滴はアトマイザーを通過し、さらに小さな液滴を形成し、装置の上部プレートにある穴を通って移動します。
- 液滴が下方に移動する際、その動きを顕微鏡で油滴の質量とともに観察し、その終末速度を測定します。
- チャンバー内の空気は、X 線ビームを通過させることによってイオン化されます。空気のイオン化により、液滴がガス状イオンと衝突するときに油滴が電荷を獲得します。
- 油滴が金属板を通って移動すると、平行な金属板の間に電場が形成されるため、油滴は電場の影響を受けます。
- 重力によって油が下に引き寄せられ、電場によって電荷が押し上げられます。電場の強さが制御されると、油滴は重力のバランスに達します。
- 平衡状態では、油滴に運ばれる電荷が計算されます。これは、電場の強さと液滴の質量に依存します。
ミリカンの油滴実験の計算
この実験では、正味の電場がゼロのときに油滴がプレートの間に落ちることができます。実験装置とともに、油滴は最初は重力によって加速しますが、空気抵抗によって徐々に減速することがわかりました。
式で計算できます:
Fup – Q.E および Fdown =m
Q.E =mg
Q =m.gE
ここで、Q は電子の電荷、m は液滴の質量、E は電場、g は重力を表します。
結論
油滴実験は化学と物理学の両方で重要な概念であり、ミリカンは実験を使用して電子の電荷を確立したことでノーベル賞を受賞しました。単一の装置は、電荷、重力、および空気抵抗力の概念を理解するのに役立ちました。油滴実験では、孤立した油滴の微小な電荷を利用して、電気力と電場サイズの合計を簡単に計算できました。
