تبلیغات
گروه شیمی منطقه 12تهران - آزمایش میلیکان
گروه شیمی منطقه 12تهران
اخبار و اطلاعات و تاز ه ها از گروه شیمی منطقه 12 تهران
پنجشنبه 26 آبان 1390

آزمایش میلیکان

پنجشنبه 26 آبان 1390

نوع مطلب :

اندازه گیری بار الکترون توسط میلیکان

 برای اندازه گیری بار الکترون در آزمایش میلیکان بار یونهایی اندازه گیری می شود که در اثر تخلیه الکتریکی در درون گازها بوجود می آیند . برای انجام تخلیه الکتریکی در این طریقه از اثر فتوالکتریک استفاده می شود . اشعه x دارای طول موج بسیار کوتاه و در نتیجه انرژی زیاد است و هنگام تابش به یک گاز یونش ایجاد می نماید . جهت اندازه گیری بار یونهایی که به این ترتیب بوجود می آیند از پدیده مهمی استفاده می شود و آن اینستکه اگر در شرایط مناسب قطراتی از مایع در یک محیط یونی گازی شکل وارد شوند مرکز تجمع یونها خواهند شد و هر قطره تعدادی از یونها را تحت تاثیر نیروهای سطحی بخود جلب و جذب می نماید ذره ای جدید بدست می آید که بار الکتریکی آن مساوی یا چند برابر بار یونها خواهد بود و اساس آزمایش میلیکان عبارتست از مطالعه حرکت این قطره ها تحت اثر یک میدان الکتریکی.

 

دستگاهی که در آزمایش میلیکان بکار می رود عبارتست از یک اطاقک پر شده از هوا یا گازی دیگر . در بالای اطاقک قطره چکان مخصوص قرار دارد که مایع مورد آزمایش را بصورت قطره های بسیار ریز در فضای داخلی اطاق وارد می نماید در زیر این قطره چکان و در قسمت پایین اطاقکیک سطح با دو جوشن p1 و p2 قرار دارد جوشن بالاییp1 دارای گذرگاهی برای عبور قطره ها می باشد . قطره ها می توانند ضمن سقوط از این گذرگاه بگذرند وداخل فضای خازن شوند در پایین اطاقک و در هر طرف پنجره ای وجود دارد . از یکی از این دو پنجره مثلا پنجره F1 اشعه X بداخل اطاقک تابیده می شود تا گاز داخل اطاقک یونیزه شود پنجره دیگر  F2 برای روشن کردن داخل اطاقک می باشد از همین قسمت بوسیله یک تلسکوپ می توان داخل اطاقک را تماشا کرد و حرکت قطره را بدقت ملاحظه کرد از طرف دیگر مجموع دستگاه فوق بیک پمپ خلا و یک فشار سنج وصل شده تا بتوان فشار گاز داخل اطاقک را کنترل و تنظیم نمود . برای اینکه بتوان در درجه حرارت ثابت این آزمایش را انجام داد اطاقک را در داخل یک حمام روغنی قرار می دهند.

    در ابتدا در این آزمایش از قطره های آب استفاده می شده ا ولی از آنجاییکه قطره های  آب در اثر تبخیر وزن و حجمشان تغییر می کرد بجای آب از روغنهای مایع استفاده می شود بدیهی است هر چه قطره ها ریزتر انتخاب شوند وزن آنها کمتر و سرعت سقوط کوچکتر خواهد بود و بنابراین حرکت آنها با دقت بیشتری مورد مطالعه قرار خواهد گرفت .

   در صورتیکه بین دو جوشن خازن اختلاف پتانسیلی برقرار نکرده باشند قطره ها پس از خروج از قطره چکان سقوط آزاد را شروع خواهند نمود در این حالت هر قطره تحت اثر دو نیرو قرار می گیرد یکی نیروی وزن ظاهری قطره که سبب سقوط قطره از بالا به پایین می شود دیگری نیروی مقاومت محیطی که قطره در آن سقوط می کند . نیروی مقاومت محیط در جهت عکس نیروی اول می باشد . نیروی مقاومت محیط بستگی بسرعت سقوط ویسکوزیته محیط و شعاع قطره دارد. اگر قطره باندازه کافی ریز باشد بزودی نیروی وزن ظاهری قطره و نیروی مقاومت محیط با یکدیگر برابر شده در نتیجه قطره بسرعت حد خواهد رسید . یعنی از آن لحظه به بعد با سرعت ثابت سقوط خواهد کرد و حرکتی یکنواخت خواهد داشت .

  حال اگر بین دو جوشن p1 و p2 خازن بوسیله یک باطری و یا وسیله دیگری اختلاف پتانسیل معینی برقرار کنیم یک میدان الکتریکی بوجود می آید و قطره باردار از گذرگاه جوشن p1 وارد فضایخازن شود نیرویی از طرف میدان بر قطره وارد می شود و سبب می گردد که حرکت آن بر حسب اینکه نیروی وارده در جهت یا در خلاف جهت نیروی وزن اثر کند تندتر یا کندتر شود. بنابراین ملاحظه می شود که خازن وسیله خوبی برای تغییر دادن سرعت سقوط قطره می باشد بطوریکه حتی ممکن است سرعت قطره را به صفر رسانید که در این صورت قطره در میدان دید تلسکوپ بخوبی قابل مشاهده می باشد . اکنون آنچه را در فوق ذکر نمودیم با محاسبات مربوطه تکرار می کنیم .

 

1) سقوط آزاد  اگر جرم قطره  m و جرم هوای هم حجمش m' باشد نیروی وزن قطره که سبب سقوط آن می شود برابراست با :  

P = (m – m' ) g

نیروی وارد در در خلاف جهت نیروی وزن یعنی نیروی مقاومت محیط برابر است با :

F = 6πaηv0

این نیرو توسط قانون stockes  معین می شود که در آن a شعاع قطره v0 سرعت سقوط وηضریب چسبندگی یا ویسکوزیته محیط ( داخل اطاقک ) می باشند در حالت حد که این دو با هم برابر و یکدیگر را خنثی می نمایند خواهیم داشت :

(m – m' ) g = 6πaηv0

که در این حالت به v0 سرعت حد سقوط گویند . چون دانسیته هوا یا گاز داخل اطاقک نسبت به دانسیته روغن خیلی کوچک است می توان از  وزن هوا یا گاز هم حجم قطره در مقابل وزن قطره صرفنظر نمود . اگر ρ  و ρ' بترتیب دانسیته روغن و دانسیته گاز داخل اطاقک باشد می توان رابطه فوق را بصورت زیر نوشت:

  4/3 πa3 (ρ – ρ' ) g = 6πaηv0

 عملا سرعت سقوط قطره را با مشاهده کردن بوسیله تلسکوپ و یادداشت کردن مدت سقوط برای مسافت معین اندازه می گیرند که در شرایط عملی در حدود 04/0 میلی متر در ثانیه می تواند باشد و سپس با استفاده از رابطه فوق و داشتن سرعت سقوط و شعاع قطره ها محاسبه می شود که عملا در حدود چند دهم میکرون می باشد . ملاحظه می شود که قطره های بسیار ریزی  می باشند و برای تهیه آنها از قطره چکانهای مخصوصی استفاده می شود .

2) سقوط قطره در میدان الکتریکی پس از برقراری اختلاف پتانسیل معینی بین دو جوشن یک میدان الکتریکی بشدت E= V/d  که در آن V اختلاف پتانسیل و d فاصله بین جوشنهاست . نیرویی که از طرف میدان بر قطره با بار الکتریکی q وارد می شود برابراست با q.E اگر جهت میدان را طوری انتخاب کنیم که نیروی نامبرده در خلاف نیروی وزن اثر نماید و حرکت را کندتر کند سرعت سقوط  قطره دارای مقدار جدیدی می شود که می توان آنرا به V نمایش داد و نوشت        

 (m – m' ) g = 6πaηV + q E

 

               (m – m' ) g - 6πaηV

         q = ——————————

                   E

و اگر از m' در مقابل m صرفنظر کنیم خواهیم داشت :

                  m g - 6πaηV

         q = ——————————

                   E

می توان شدت میدان را طوری انتخاب کرد که که سرعت حرکت قطره صفر یعنی قطره در میدان دید تلسکوپ بی حرکت بماند در این صورت خواهیم داشت :       

V=0

q. E =   (m – m' ) g = 4/3 πa3 (ρ – ρ' ) g

 و از آنجا می توان نوشت :

 

q =(4/3 π) a3 (ρ – ρ' ) g / E

 آزمایش  نشان می دهد که اگر تمام شرایط تجربه را ثابت نگه داریم و اندازه گیری را انجام دهیم برای سرعت و در نتیجه برای  q مقادیر مختلفی بدست خواهد آمد علت آن اینستکه قطره د آزمایشهای  مختلف تعداد بارهای مختلفی را بخود جذب می کند .

  برای  تحقیق بیشتر میلیکان آزمایش را بتعداد دفعات زیاد تکرار نمود و کوچکترین مقسوم علیه مشترک تمام مقادیر و اختلاف دوبدوی مقادیر پیدا شده را بدقت محاسبه نمود .

          آزمایشات وی و آنچه که بعد از او انجام گرفت نشان داده که کوچکترین مقسوم علیه مشترک و کوچکترین مقدار در اختلاف دوبدوی مقادیر پیدا شده برای q در دفعات مختلف یعنی qn …..q3 q2  q1 مقدار معینی است بطوریکه همواره کلیه مقادیر  بدست آمده برای q مضرب صحیحی است از این مقدار معین که همان واحد طبیعی بار الکتریکی است یعنی می توان نوشت مثلا

qn = n e

 بدین ترتیب مقدار واحد بار الکتریکی که همان بار الکتریکی الکترون است محاسبه می شود




Can better posture make you taller?
یکشنبه 26 شهریور 1396 10:52 ب.ظ
Hello there, I do believe your site might be having web browser compatibility problems.
When I look at your web site in Safari, it looks fine
however, if opening in IE, it's got some overlapping issues.
I just wanted to give you a quick heads up! Other than that, fantastic website!
What do you do for Achilles tendonitis?
شنبه 25 شهریور 1396 02:25 ق.ظ
Greetings from California! I'm bored to death at work
so I decided to browse your blog on my iphone
during lunch break. I really like the knowledge you present here and can't wait to take
a look when I get home. I'm amazed at how fast your blog
loaded on my phone .. I'm not even using WIFI,
just 3G .. Anyhow, amazing site!
http://ingeborgduis.weebly.com/about.html
چهارشنبه 18 مرداد 1396 06:57 ب.ظ
Have you ever thought about adding a little bit more than just your
articles? I mean, what you say is valuable and all.
Nevertheless think about if you added some great images or video
clips to give your posts more, "pop"! Your content is excellent but with images and video
clips, this blog could certainly be one of the greatest in its field.
Fantastic blog!
http://avabeitel.weebly.com/blog/therapy-and-severs-disease
جمعه 13 مرداد 1396 06:12 ق.ظ
Very nice post. I just stumbled upon your blog and wished to say that I have truly
enjoyed browsing your blog posts. After all I will be subscribing to your rss feed and I hope
you write again soon!
manicure
پنجشنبه 31 فروردین 1396 10:39 ق.ظ
I'm really enjoying the design and layout of your
blog. It's a very easy on the eyes which makes it much
more enjoyable for me to come here and visit more often. Did you
hire out a designer to create your theme? Exceptional work!
BHW
دوشنبه 28 فروردین 1396 06:08 ق.ظ
Does your website have a contact page? I'm having problems locating it but, I'd like to shoot you an e-mail.
I've got some recommendations for your blog you might be interested in hearing.
Either way, great website and I look forward to seeing it develop
over time.
BHW
سه شنبه 22 فروردین 1396 02:09 ب.ظ
Its like you learn my mind! You appear to understand so much about this, like you wrote the
guide in it or something. I feel that you just can do with
a few p.c. to power the message house a little bit, however other than that, that is magnificent
blog. An excellent read. I will definitely
be back.
BHW
جمعه 11 فروردین 1396 01:03 ق.ظ
I'm extremely impressed along with your writing
skills and also with the format to your weblog. Is this a paid subject matter or
did you modify it yourself? Anyway stay up the excellent quality writing, it is rare to
see a great blog like this one these days..
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر