שיטות:השוואה כמותית של תצפיות ישירות עם תיאוריה.

הישירות של הניסוי:תצפית ישירה + ניתוח תיאורטי.

מלאכותיות של התנאים הנבדקים:תנאים מלאכותיים שבהם המודל המשמש ישים.

חקר עקרונות יסוד:דיסקרטיות של מטען חשמלי.

התאריך: 1910-1913.

בניסוי של רוברט אנדרוז מיליקן (1858-1953), נחקרו טיפות מיקרו של שמן ל(ראה איור מימין), מחושמל על ידי חיכוך עם אוויר, כמו גם על ידי לכידת יוני אוויר מיוננים על ידי קרינה אולטרה סגולה. אם מניחים טיפה כזו בכלי אנכי עם אוויר, אז היא תתחיל ליפול, ובקרוב תוקם מהירות הנפילה הקבועה שלה, בהתאמה לאיזון של כוח ארכימדס, כוח החיכוך הצמיג וכוח הכובד: אינרציאל מטען מתכת נוכחי

היכן הצפיפות, הנפח והרדיוס של הירידה, בהתאמה, הוא מקדם התנגדות האוויר, המתבטא באמצעות הצמיגות שלו לפי חוק סטוקס, הוא צפיפות האוויר. אם כעת נוצר בכלי שדה מכוון אנכי בעוצמה, אז יופיע איבר בצד שמאל של המשוואה למעלה, היכן מטען הטיפה. בניסוי, שמן עובר בתא ריסוס מיוחד ר, הופנה לחלל שבין שני לוחות מתכת, שהפרש הפוטנציאל ביניהם היה עד כמה קילו-וולט (ראה איור). בהתחלה, כשהמתח היה כבוי, הטיפה החלה לרדת, בזמן שהיא נצפתה במיקרוסקופ. M, תיקון קצב הנפילה הקבוע. עם זאת, לפני שהירידה נפלה לצלחת התחתונה, המתח הופעל כך שהשדה החשמלי הרים את הטיפה, וחושב הקצב הקבוע של העלייה כלפי מעלה. בהדלקה וכיבוי של המגרש בזמן, הנפילה נאלצה פעמים רבות לעלות ולרדת מטה, בעוד שלא היה קשה לחשב את מטען. התברר שזה שונה במידות שונות, אבל כל הזמן כפולה של אותו ערך. מטען אלמנטרי

ערך זה של המטען נקשר לאחר מכן למטען האלקטרון. למעשה, מאמינים שהטיפה פשוט לכדה יונים בעלי מטען חיובי או שלילי במהלך תנועתה.

אם אנחנו מדברים על המאפיינים של ניסוי Millikan, אז אנחנו יכולים לומר שנעשה בו שימוש באוויר מטוהר במיוחד, והתא שלאורכו עלתה וירדה הטיפה מואר באור של קשת חשמלית. מצד אחד, זה גרם לטיפה להיראות, ומצד שני, הוא יינן את האוויר, מה שאיפשר לטיפה ללכוד את היונים שלה. בנוסף, כפי שמוצג באיור, המרסס היה ממוקם מעל הצלחת העליונה, אשר, עם זאת, הכילה חור קטן. O, שדרכם נפלו רק טיפות בודדות לחלל שבין הלוחות, שבו התקיים השדה החשמלי. בניסוי Millikan, נעשה שימוש בטיפות בגודל בסדר גודל של מיקרומטר.

ניסוי דומה בוצע על ידי אברם פדורוביץ' איופה (1890-1960) בהפרש של כמה שנים בלבד (איוף פרסם את עבודתו ב-1913, אחרי מיליקן, כך שהאחרון מכונה בדרך כלל בספרות). בניסוי שלו, לא טיפות שמן היו מאוזנות על ידי שדה חשמלי, אלא חלקיקי אבק מתכת, אשר חושמלו בעזרת קרינה מייננת (כאן, לעומת זאת, המטען היה חייב להיות תמיד חיובי, שכן גרגר האבק היה צריך לאבד אלקטרונים כתוצאה מספיגת הכמות של קרינה זו). מכיוון שצפיפות המתכת גבוהה בהרבה מצפיפות האוויר, כוח ארכימדס אינו משמעותי, בנוסף, בניסוי איופה נצפה מאזן החלקיקים, ולא תנועתם האחידה, שסופקה על ידי התאמת המתח בין הצלחות.

הייחודיות של הניסוי של איופה הייתה שחלקיקי האבק שהושלכו לתא המעבה לא היו ניטרליים בתחילה, אך ניתן היה לראות שתחת פעולת הקרינה האולטרה סגולה הם איבדו את המטען השלילי שלהם, מה שהצביע בדיוק על סימן זה של מטען האלקטרונים. זה לא יותר מהאפקט הפוטואלקטרי שהתגלה ונחקר על ידי סטולטוב.

כתוצאה מהניסויים של מיליקאן ואיופה, נקבעה עובדה בסיסית לפיזיקה - דיסקרטיות המטען החשמלי - ונמצא מאפיין כמותי של הדיסקרטיות. אף על פי כן, בפיזיקה התיאורטית המודרנית ישנם עצמים בעלי מטען חלקי. אלו הם קווארקים, שהמטענים שלהם בערכם המוחלט שווים לזה היסודי. עם זאת, חלקיקים אלו אינם קיימים בצורה חופשית, ולמצבים המחוברים שלהם - האדרונים - יש כבר מטען שלם (ביחידות יסודיות). אף על פי כן, בניסויים על פיזור חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה על ידי האדרונים, אכן התקבלו ערכי מטענים של קווארקים בתוכם, שהם כפולות של שליש מהמטען היסודי.

ערכו של המטען החשמלי היסודי קשור קשר הדוק לחסר הממדים קבוע מבנה עדין, הקובע את עוצמת האינטראקציה האלקטרומגנטית ומוכר היום בדיוק מדהים:

אחד ההסברים התיאורטיים לדיסקרטיות המטען הוצע בתחילת המאה ה-20 על ידי קלוזה וקליין בהתבסס על הרעיון של ממדי מרחב-זמן גבוהים יותר. אף על פי כן, הדיסקרטיות של המטען החשמלי נותרה מקובלת כיום, אך אינה מוסברת.

כרטיס 8. מבנה האטום. ניסויים של איופה ומיליקן. הניסיון של רתרפורד. מבנה האטום והטבלה המחזורית. מבנה הגרעין.

ניסוי בחלוקת מטען על 2 אלקטרומטרים. האם יש הגבלה לחלוקת החיובים? יש חלקיק טעון בעל המטען הקטן ביותר שלא ניתן להפרידו. קיומם של החלקיקים הקטנים ביותר עם המטען החשמלי הקטן ביותר הוכח בניסויים רבים. איופה ו מיליקאן.בְּבניסויים שלהם, הם חישמלו חלקיקי אבק קטנים של אבץ. המטען של חלקיקי האבק שונה מספר פעמים וחושב. זה נעשה מספר פעמים. במקרה זה התברר שהחיוב היה שונה בכל פעם. אבל כל השינויים שלו היו מספר שלם של פעמים (כלומר, 2, 3, 4 וכו') יותר מטעינה מינימלית מסוימת. תוצאה זו יכולה להיות מוסברת רק כך. רק המטען הקטן ביותר (או מספר שלם של מטענים כאלה) מחובר לגרגר אבק או מופרד ממנו. מטען זה אינו ניתן עוד לחלוקה. החלקיק בעל המטען הקטן ביותר נקרא אֶלֶקטרוֹן.

האלקטרון קטן מאוד. המסה של אלקטרון היא 9.1 10-19 ק"ג. מסה זו קטנה בערך פי 3700 מהמסה של מולקולת המימן, שהיא הקטנה מכל המולקולות.

מטען חשמלי הוא אחת התכונות הבסיסיות של אלקטרון. אי אפשר לדמיין שאפשר להסיר את המטען הזה מאלקטרון. הם בלתי נפרדים אחד מהשני. האלקטרון הוא החלקיק בעל המטען השלילי הקטן ביותר. המטען שלו הוא -1.6 10-19 C.

מבנה האטומים

1896 - ג'יי ג'יי תומסון גילה את האלקטרון. 1903 - ג'יי ג'יי תומסון שיער שהאלקטרון נמצא בתוך האטום. אבל האטום בכללותו הוא ניטרלי, ולכן המדען הציע שהאלקטרונים השליליים מוקפים באטום בחומר בעל מטען חיובי. האטום, לפי ג'יי תומסון, דומה מאוד ל"פודינג צימוקים", כאשר "דייסה" היא החומר הטעון חיובי של האטום, והאלקטרונים הם "צימוקים" בו.

https://pandia.ru/text/78/203/images/image002_67.jpg" alt="(!LANG:בניין" align="left" width="103" height="307 src=">!}

חלקיקי אלפא מסוימים עברו דרך נייר הכסף ויצרו טשטוש על המסך, ועקבות מחלקיקי אלפא אחרים נקבעו על המסכים הצדדיים. הניסיון הראה שהמטען החיובי של אטום מרוכז בנפח קטן מאוד - הגרעין, ויש פערים גדולים בין גרעיני האטומים.

רתרפורד הראה שהמודל של תומסון עומד בסתירה לניסויים שלו.

מודל גרעיני (פלנטרי) של מבנה האטום של רתרפורד.

1911 - רתרפורד הציע מודל גרעיני (פלנטרי) מודרני של מבנה האטום

רתרפורד הלך לגילוי מבנה האטום במשך 5 שנים. במשך חמש שנים ארוכות הוא ערך ניסויים על חקר מבנה האטום.

רתרפורד מצא כי:

לאטום יש גרעין במרכז, שגודלו קטן פי כמה מגודלו של האטום עצמו. אלקטרונים נעים במסלולים סביב הגרעין.
כמעט כל המסה של האטום מרוכזת בגרעין שלו. סך המטען השלילי של כל האלקטרונים שווה למטען החיובי הכולל של גרעין האטום ומפצה עליו.

הגרעין מכיל חלקיקים בעלי מטען חיובי. הם נקראו פרוטונים. לכל פרוטון יש מסה גדולה פי 1840 ממסה של אלקטרון.

המטען של הפרוטון חיובי ושווה בערכו המוחלט למטען האלקטרון.

בנוסף לפרוטונים, גרעיני האטומים מכילים יותר חלקיקים ניטרליים (ללא מטען). הם קיבלו את השם נויטרונים.

המסה של נויטרון אינה גדולה בהרבה ממסה של פרוטון. כך, המבנה של אטום הוא כדלקמן: במרכז האטום ישנו גרעין, המורכב מפרוטונים ונויטרונים, ואלקטרונים נעים סביב הגרעין.

בדרך כלל אין חיוב, זה ניטראלי כי המטען החיובי של הגרעין שלו שווה למטען השלילי של כל האלקטרונים שלו.

אבל אטום שאיבד אלקטרוני אחד או יותר כבר אינו נייטרלי, אלא יהיה בעל מטען חיובי. אז זה נקרא יון חיובי.

נצפה גם ההיפך. אלקטרון נוסף מחובר לאטום ניטרלי. במקרה זה, האטום רוכש מטען שלילי והופך יון שלילי.

מצגת בנושא: פיזיקה א. פ' איופה ור''ה מיליקן. מסלול החיים שלהם. ניסיון של Ioffe-Milliken

1 מתוך 18

מצגת בנושא:פיזיקה א. פ' איופה ור''ה מיליקן. מסלול החיים שלהם. ניסיון של Ioffe-Milliken

שקופית מספר 1

תיאור השקופית:

שקופית מספר 2

תיאור השקופית:

שקופית מספר 3

תיאור השקופית:

ניסוי Ioffe-Milliken עד סוף המאה ה-19, במספר ניסויים מגוונים מאוד, נקבע כי קיים נשא מסוים של מטען שלילי, אשר נקרא אלקטרון. עם זאת, זו הייתה למעשה יחידה היפותטית, שכן, למרות שפע החומר המעשי, לא בוצע ניסוי אחד הכולל אלקטרון אחד. לא היה ידוע אם קיימים זנים של אלקטרונים לחומרים שונים או שמא זה תמיד זהה, איזה מטען נושא אלקטרון, האם מטען יכול להתקיים בנפרד מחלקיק. באופן כללי, היו ויכוחים סוערים על האלקטרון בקהילה המדעית, ולא היה בסיס מעשי מספיק שיעצור באופן חד משמעי את כל הוויכוחים.

שקופית מספר 4

תיאור השקופית:

האיור מציג תרשים של המתקן בו השתמש א.פ. איופה בניסוי. בכלי סגור, שהאוויר פונה ממנו לוואקום גבוה, היו שני לוחות מתכת P המונחים אופקית. מתא A דרך חור O לתוך החלל שבין הלוחות הגיעו חלקיקי אבק טעונים קטנים של אבץ. חלקיקי אבק אלו נצפו תחת מיקרוסקופ. האיור מציג תרשים של המתקן בו השתמש א.פ. איופה בניסוי. בכלי סגור, שהאוויר פונה ממנו לוואקום גבוה, היו שני לוחות מתכת P המונחים אופקית. מתא A דרך חור O לתוך החלל שבין הלוחות הגיעו חלקיקי אבק טעונים קטנים של אבץ. חלקיקי אבק אלו נצפו תחת מיקרוסקופ.

שקופית מספר 5

תיאור השקופית:

אז, חלקיקי אבק טעונים וטיפות בוואקום ייפלו מהצלחת העליונה לתחתית, אך ניתן לעצור את התהליך הזה אם הצלחת העליונה טעונה חיובית והצלחת התחתונה טעונה שלילי. אז, חלקיקי אבק טעונים וטיפות בוואקום ייפלו מהצלחת העליונה לתחתית, אך ניתן לעצור את התהליך הזה אם הצלחת העליונה טעונה חיובית והצלחת התחתונה טעונה שלילי. השדה החשמלי שנוצר יפעל על ידי כוחות קולומב על חלקיקים טעונים, וימנע מהם ליפול. על ידי התאמת כמות המטען, הם דאגו שחלקיקי האבק ירחפו באמצע בין הלוחות. לאחר מכן, המטען של חלקיקי אבק או טיפות הופחת על ידי הקרנתם בקרני רנטגן או באור אולטרה סגול. איבוד המטען, חלקיקי האבק החלו ליפול שוב, הם שוב נעצרו על ידי התאמת המטען של הלוחות. תהליך זה חזר על עצמו מספר פעמים, חישוב המטען של טיפות וחלקיקי אבק באמצעות נוסחאות מיוחדות. כתוצאה ממחקרים אלו, ניתן היה לקבוע כי המטען של חלקיקי אבק או טיפות משתנה תמיד בקפיצות, לפי ערך מוגדר בהחלט, או לפי גודל שהוא כפולה של ערך זה.

שקופית מספר 6

תיאור השקופית:

אברם פדורוביץ' איופה אברם פדורוביץ' איופה הוא פיזיקאי רוסי שגילה תגליות יסוד רבות וביצע כמות עצומה של מחקר, כולל בתחום האלקטרוניקה. הוא ערך מחקר על תכונותיהם של חומרים מוליכים למחצה, גילה את התכונה המתקנת של המעבר מתכת-דיאלקטרי, שהוסברה מאוחר יותר באמצעות תיאוריית אפקט המנהרה, הציע את האפשרות להמיר אור לזרם חשמלי.

שקופית מספר 7

תיאור השקופית:

אברם פדורוביץ' נולד ב-14 באוקטובר 1980 בעיר רומני שבמחוז פולטבה (כיום מחוז פולטבה, אוקראינה) במשפחתו של סוחר. מכיוון שאביו של אברם היה אדם עשיר למדי, הוא לא התעקש לתת חינוך טוב לבנו. בשנת 1897, איופה קיבל את השכלתו התיכונית בבית ספר אמיתי בעיר הולדתו. בשנת 1902 סיים את לימודיו במכון הטכנולוגי של סנט פטרבורג ונכנס לאוניברסיטת מינכן בגרמניה. במינכן הוא עובד בניהולו של וילהלם קונרד רונטגן עצמו. וילהלם קונרד, כשהוא רואה את החריצות ולא בכל אופן איזה כישרון של התלמיד, מנסה לשכנע את אברם להישאר במינכן ולהמשיך בעבודתו המדעית, אבל איופה התברר כפטריוט של ארצו. לאחר שסיים את לימודיו באוניברסיטה ב-1906, לאחר שקיבל את התואר דוקטור לפילוסופיה, חזר לרוסיה. אברם פדורוביץ' נולד ב-14 באוקטובר 1980 בעיר רומני שבמחוז פולטבה (כיום מחוז פולטבה, אוקראינה) במשפחתו של סוחר. מכיוון שאביו של אברם היה אדם עשיר למדי, הוא לא התעקש לתת חינוך טוב לבנו. בשנת 1897, איופה קיבל את השכלתו התיכונית בבית ספר אמיתי בעיר הולדתו. בשנת 1902 סיים את לימודיו במכון הטכנולוגי של סנט פטרבורג ונכנס לאוניברסיטת מינכן בגרמניה. במינכן הוא עובד בניהולו של וילהלם קונרד רונטגן עצמו. וילהלם קונרד, כשהוא רואה את החריצות ולא בכל אופן איזה כישרון של התלמיד, מנסה לשכנע את אברם להישאר במינכן ולהמשיך בעבודתו המדעית, אבל איופה התברר כפטריוט של ארצו. לאחר שסיים את לימודיו באוניברסיטה ב-1906, לאחר שקיבל את התואר דוקטור לפילוסופיה, חזר לרוסיה.

שקופית מספר 8

תיאור השקופית:

ברוסיה, איופה מקבל עבודה במכון הפוליטכני. בשנת 1911, הוא קובע בניסוי את גודל מטען האלקטרונים באותה שיטה כמו רוברט מיליקן (חלקיקי מתכת היו מאוזנים בשדות חשמליים וכבידה). בשל העובדה שאיוף פרסם את עבודתו רק שנתיים לאחר מכן, התהילה של גילוי מדידת מטען האלקטרונים עברה לפיזיקאי האמריקאי. בנוסף לקביעת המטען, איוף הוכיח את מציאות קיומם של אלקטרונים ללא תלות בחומר, חקר את ההשפעה המגנטית של זרימת האלקטרונים, והוכיח את האופי הסטטי של פליטת אלקטרונים במהלך אפקט פוטו-אלקטרי חיצוני. ברוסיה, איופה מקבל עבודה במכון הפוליטכני. בשנת 1911, הוא קובע בניסוי את גודל מטען האלקטרונים באותה שיטה כמו רוברט מיליקן (חלקיקי מתכת היו מאוזנים בשדות חשמליים וכבידה). בשל העובדה שאיוף פרסם את עבודתו רק שנתיים לאחר מכן, התהילה של גילוי מדידת מטען האלקטרונים עברה לפיזיקאי האמריקאי. בנוסף לקביעת המטען, איוף הוכיח את מציאות קיומם של אלקטרונים ללא תלות בחומר, חקר את ההשפעה המגנטית של זרימת האלקטרונים, והוכיח את האופי הסטטי של פליטת אלקטרונים במהלך אפקט פוטו-אלקטרי חיצוני.

שקופית מספר 9

תיאור השקופית:

בשנת 1913 הגן אברם פדורוביץ' על התואר השני שלו, ושנתיים לאחר מכן על עבודת הדוקטורט שלו בפיזיקה, שעסקה בחקר התכונות האלסטיות והחשמליות של הקוורץ. בתקופה שבין 1916 ל-1923, הוא חקר באופן פעיל את מנגנון המוליכות החשמלית של גבישים שונים. בשנת 1923, ביוזמתו של איופה החלו מחקר ומחקר יסודי של תכונות החומרים שהיו חדשים לחלוטין באותה תקופה - מוליכים למחצה. העבודה הראשונה בתחום זה בוצעה בהשתתפות ישירה של פיזיקאי רוסי ועניינה ניתוח של תופעות חשמליות בין מוליך למחצה למתכת. הוא גילה את התכונה המתקנת של המעבר ממתכת-מוליכים למחצה, אשר התבססה רק 40 שנה לאחר מכן באמצעות התיאוריה של אפקט המנהרה. בשנת 1913 הגן אברם פדורוביץ' על התואר השני שלו, ושנתיים לאחר מכן על עבודת הדוקטורט שלו בפיזיקה, שעסקה בחקר התכונות האלסטיות והחשמליות של הקוורץ. בתקופה שבין 1916 ל-1923, הוא חקר באופן פעיל את מנגנון המוליכות החשמלית של גבישים שונים. בשנת 1923, ביוזמתו של איופה החלו מחקר ומחקר יסודי של תכונות החומרים שהיו חדשים לחלוטין באותה תקופה - מוליכים למחצה. העבודה הראשונה בתחום זה בוצעה בהשתתפות ישירה של פיזיקאי רוסי ועניינה ניתוח של תופעות חשמליות בין מוליך למחצה למתכת. הוא גילה את התכונה המתקנת של המעבר ממתכת-מוליכים למחצה, אשר התבססה רק 40 שנה לאחר מכן באמצעות התיאוריה של אפקט המנהרה.

שקופית מספר 10

תיאור השקופית:

בחקירת האפקט הפוטואלקטרי במוליכים למחצה, איופה הביע אז רעיון נועז למדי שניתן יהיה להמיר אנרגיית אור לזרם חשמלי בצורה דומה. זה הפך לתנאי מוקדם בעתיד ליצירת גנרטורים פוטו-אלקטריים, ובפרט ממירי סיליקון, שישמשו לאחר מכן כחלק מסוללות סולאריות. יחד עם תלמידיו יוצר אברם פדורוביץ' מערכת לסיווג מוליכים למחצה, וכן שיטה לקביעת תכונותיהם החשמליות והפיזיקליות הבסיסיות. בפרט, חקר התכונות התרמו-אלקטריות שלהם הפך לאחר מכן לבסיס ליצירת מקררים תרמו-אלקטריים מוליכים למחצה, בשימוש נרחב ברחבי העולם בתחומי האלקטרוניקה הרדיו, מכשור וביולוגיית החלל. בחקירת האפקט הפוטואלקטרי במוליכים למחצה, איופה הביע אז רעיון נועז למדי שניתן יהיה להמיר אנרגיית אור לזרם חשמלי בצורה דומה. זה הפך לתנאי מוקדם בעתיד ליצירת גנרטורים פוטו-אלקטריים, ובפרט ממירי סיליקון, שישמשו לאחר מכן כחלק מסוללות סולאריות. יחד עם תלמידיו יוצר אברם פדורוביץ' מערכת לסיווג מוליכים למחצה, וכן שיטה לקביעת תכונותיהם החשמליות והפיזיקליות הבסיסיות. בפרט, חקר התכונות התרמו-אלקטריות שלהם הפך לאחר מכן לבסיס ליצירת מקררים תרמו-אלקטריים מוליכים למחצה, בשימוש נרחב ברחבי העולם בתחומי האלקטרוניקה הרדיו, מכשור וביולוגיית החלל.

שקופית מספר 11

תיאור השקופית:

אברם פדורוביץ' איופה תרם תרומה עצומה להיווצרות ולפיתוח של פיזיקה ואלקטרוניקה. הוא היה חבר באקדמיות רבות למדעים (ברלין וגטינגן, אמריקאי, איטלקי), וכן חבר כבוד באוניברסיטאות רבות ברחבי העולם. הוא זכה בפרסים רבים על הישגיו ומחקריו. אברם פדורוביץ' נפטר ב-14 באוקטובר 1960. אברם פדורוביץ' איופה תרם תרומה עצומה להיווצרות ולפיתוח של פיזיקה ואלקטרוניקה. הוא היה חבר באקדמיות רבות למדעים (ברלין וגטינגן, אמריקאי, איטלקי), וכן חבר כבוד באוניברסיטאות רבות ברחבי העולם. הוא זכה בפרסים רבים על הישגיו ומחקריו. אברם פדורוביץ' נפטר ב-14 באוקטובר 1960.

שקופית מספר 12

תיאור השקופית:

מיליקן רוברט אנדרוס הפיזיקאי האמריקאי רוברט מיליקן נולד במוריסון (אילינוי) ב-22 במרץ 1868 במשפחתו של כומר. לאחר שסיים את לימודיו בתיכון, רוברט נכנס למכללת אוברלין באוהיו. שם, תחומי העניין שלו התמקדו במתמטיקה וביוונית עתיקה. למען להרוויח כסף, הוא פרש פיזיקה בקולג' במשך שנתיים. 1891 מיליקן קיבל את התואר הראשון שלו וב-1893 את התואר השני בפיזיקה.

שקופית מספר 13

תיאור השקופית:

באוניברסיטת קולומביה, מיליקן למד בהדרכתו של הפיזיקאי המפורסם M.I. Pupin. הוא בילה קיץ אחד באוניברסיטת שיקגו, שם עבד תחת הפיזיקאי הניסיוני המפורסם אלברט אברהם מיכלסון. באוניברסיטת קולומביה, מיליקן למד בהדרכתו של הפיזיקאי המפורסם M.I. Pupin. הוא בילה קיץ אחד באוניברסיטת שיקגו, שם עבד תחת הפיזיקאי הניסיוני המפורסם אלברט אברהם מיכלסון.

תיאור השקופית:

1896 מיליקן חזר לאוניברסיטת שיקגו, שם הפך לעוזרו של מיכלסון. 1896 מיליקן חזר לאוניברסיטת שיקגו, שם הפך לעוזרו של מיכלסון. במהלך שתים עשרה השנים הבאות, מיליקן כתב מספר ספרי לימוד בפיזיקה, שהתקבלו כספרי לימוד למכללות ובתי ספר תיכוניים (עם תוספות, הם נשארו כך במשך למעלה מ-50 שנה). 1910 מיליקן מונה לפרופסור לפיזיקה.

שקופית מספר 16

תיאור השקופית:

רוברט מיליקן פיתח את שיטת הטיפה, שאפשרה למדוד את המטען של אלקטרונים ופרוטונים בודדים (1910 - 1914), מספר רב של ניסויים על חישוב מדויק של מטען האלקטרונים. לפיכך, הוא הוכיח בניסוי את דיסקרטיות המטען החשמלי ולראשונה קבע במדויק את ערכו (4.774 * 10^-10 יחידות אלקטרוסטטיות). הוא בדק את המשוואה של איינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי באזור הקרניים הנראות והאולטרה סגולות, וקבע את הקבוע של פלאנק (1914). רוברט מיליקן פיתח את שיטת הטיפה, שאפשרה למדוד את המטען של אלקטרונים ופרוטונים בודדים (1910 - 1914), מספר רב של ניסויים על חישוב מדויק של מטען האלקטרונים. לפיכך, הוא הוכיח בניסוי את דיסקרטיות המטען החשמלי ולראשונה קבע במדויק את ערכו (4.774 * 10^-10 יחידות אלקטרוסטטיות). הוא בדק את המשוואה של איינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי באזור הקרניים הנראות והאולטרה סגולות, וקבע את הקבוע של פלאנק (1914).

שקופית מספר 17

תיאור השקופית:

1921 מיליקן מונה למנהל המעבדה הפיזיקלית החדשה של ברידג'סיב ויו"ר הוועד המנהל של המכון הטכנולוגי של קליפורניה. 1921 מיליקן מונה למנהל המעבדה הפיזיקלית החדשה של ברידג'סיב ויו"ר הוועד המנהל של המכון הטכנולוגי של קליפורניה. כאן הוא ביצע סדרה גדולה של מחקרים על קרניים קוסמיות, במיוחד ניסויים (1921 - 1922) עם אלומות אוויר עם אלקטרוסקופים בעלי רישום עצמי בגבהים של 15,500 מ'.

שקופית מספר 18

תיאור השקופית:

במהלך השנים 1925-1927. מיליקאן הוכיח כי ההשפעה המייננת של קרינה קוסמית פוחתת עם העומק ואישרה את המקור החוץ-ארצי של "הקרניים הקוסמיות" הללו. בחקר המסלולים של חלקיקים קוסמיים, הוא חשף בהם חלקיקי אלפא, אלקטרונים מהירים, פרוטונים, נויטרונים, פוזיטרונים וגמא קוונטות. ללא תלות בוורנוב, הוא גילה את השפעת הרוחב של קרניים קוסמיות בסטרטוספירה. במהלך השנים 1925-1927. מיליקאן הוכיח כי ההשפעה המייננת של קרינה קוסמית פוחתת עם העומק ואישרה את המקור החוץ-ארצי של "הקרניים הקוסמיות" הללו. בחקר המסלולים של חלקיקים קוסמיים, הוא חשף בהם חלקיקי אלפא, אלקטרונים מהירים, פרוטונים, נויטרונים, פוזיטרונים וגמא קוונטות. ללא תלות בוורנוב, הוא גילה את השפעת הרוחב של קרניים קוסמיות בסטרטוספירה.

פרטים קטגוריה: חשמל ומגנטיות פורסם בתאריך 06/08/2015 05:51 צפיות: 5425

אחד הקבועים הבסיסיים בפיזיקה הוא המטען החשמלי היסודי. זוהי כמות סקלרית המאפיינת את יכולתם של גופים פיזיקליים לקחת חלק באינטראקציה אלקטרומגנטית.

המטען החשמלי היסודי נחשב למטען החיובי או השלילי הקטן ביותר שאינו ניתן לחלוקה. ערכו שווה לערך מטען האלקטרון.

העובדה שכל מטען חשמלי המתרחש באופן טבעי שווה תמיד למספר שלם של מטענים יסודיים הוצעה בשנת 1752 על ידי הפוליטיקאי המפורסם בנג'מין פרנקלין, פוליטיקאי ודיפלומט שעסק גם בפעילויות מדעיות והמצאות, האמריקאי הראשון שהפך לחבר של האקדמיה הרוסית למדעים.

בנג'מין פרנקלין

אם ההנחה של פרנקלין נכונה, והמטען החשמלי של כל גוף או מערכת גופים טעונים מורכב ממספר שלם של מטענים יסודיים, אזי מטען זה יכול להשתנות בפתאומיות על ידי ערך המכיל מספר שלם של מטענים אלקטרונים.

בפעם הראשונה, זה אושר ונקבע בצורה מדויקת למדי על ידי מדען אמריקאי, פרופסור באוניברסיטת שיקגו, רוברט מיליקן.

ניסיון מיליקאי

סכימה של ניסוי מיליקן

מיליקן ערך את הניסוי המפורסם הראשון שלו בטיפת שמן ב-1909 עם עוזרו הארווי פלטשר. הם מספרים שבהתחלה הם תכננו לעשות את הניסוי בעזרת טיפות מים, אבל הם התאדו תוך כמה שניות, מה שברור שלא הספיק כדי להגיע לתוצאה. ואז מיליקן שלח את פלטשר לבית המרקחת, שם הוא קנה בקבוק תרסיס ובקבוקון שמן שעונים. זה הספיק כדי להפוך את החוויה להצלחה. לאחר מכן, מיליקן קיבל על כך את פרס נובל, ופלטשר קיבל תואר דוקטור.

רוברט מיליקן

הארווי פלטשר

מה היה ניסוי מיליקן?

טיפת שמן מחושמלת נופלת למטה בהשפעת כוח הכבידה בין שני לוחות מתכת. אבל אם נוצר ביניהם שדה חשמלי, זה ימנע מהטיפה ליפול. על ידי מדידת עוצמת השדה החשמלי, ניתן לקבוע את מטען הטיפה.

הנסיינים הניחו שתי לוחות מתכת של הקבל בתוך הכלי. טיפות השמן הקטנות ביותר הוכנסו לשם בעזרת אקדח ריסוס, שנטענו לרעה במהלך הריסוס כתוצאה מחיכוך באוויר.

בהיעדר שדה חשמלי, הטיפה נופלת

תחת פעולת כוח המשיכה F w = mg, הטיפות החלו ליפול למטה. אבל מכיוון שהם לא היו בוואקום, אלא במדיום, אז כוח התנגדות האוויר מנע מהם ליפול חופשי Fres = 6πη rv 0 , איפה η היא צמיגות האוויר. מתי F w ו F res מאוזנת, הנפילה הפכה אחידה במהירות v0 . על ידי מדידת מהירות זו, קבע המדען את רדיוס הירידה.

טיפה "צפה" בהשפעת שדה חשמלי

אם ברגע שהטיפה נפלה, הופעל מתח על הלוחות באופן שהלוח העליון קיבל מטען חיובי והתחתון שלילי, הנפילה נעצרה. הוא נמנע על ידי השדה החשמלי המתהווה. נראה היה שהטיפות צפו. זה קרה כשהכוח פ ר מאוזן על ידי הכוח הפועל מהשדה החשמלי F r = eE ,

איפה F r- כוח הכבידה הנובע וכוחו של ארכימדס.

F r = 4/3 pr 3 ( ρ – ρ 0) ז

ρ היא צפיפות טיפת השמן;

ρ 0 – צפיפות אוויר.

ר הוא רדיוס הירידה.

יוֹדֵעַ פ ר ו ה , אפשר לקבוע את הערך ה .

מכיוון שהיה קשה מאוד להבטיח שהטיפה תישאר נייחת לאורך זמן, מיליקן ופלטשר יצרו שדה בו הטיפה, לאחר עצירה, החלה לנוע כלפי מעלה במהירות נמוכה מאוד. v . במקרה הזה

הניסויים חזרו על עצמם פעמים רבות. המטענים הועברו לטיפות על ידי הקרנתן באמצעות מכשיר רנטגן או אולטרה סגול. אבל בכל פעם המטען הכולל של הטיפה תמיד היה שווה לכמה מטענים יסודיים.

בשנת 1911, מיליקן מצא שהמטען של אלקטרון הוא 1.5924(17) x 10 -19 C. המדען טעה ב-1% בלבד. ערכו המודרני הוא 1.602176487 (10) x 10 -19 C.

ניסיון איופה

אברם פדורוביץ' איופה

יש לומר שכמעט בו זמנית עם מיליקאן, אך ללא תלות בו, ניסויים כאלה בוצעו על ידי הפיזיקאי הרוסי אברם פדורוביץ' איופה. ומערך הניסוי שלו היה דומה לזה של מיליקן. אבל אויר נשאב מהכלי, ונוצר בו ואקום. ובמקום טיפות שמן, איופה השתמש בחלקיקים טעונים קטנים של אבץ. תנועתם נצפתה תחת מיקרוסקופ.

התקנת Ioffe

1- צינור

2 מצלמות

3 - לוחות מתכת

4 - מיקרוסקופ

5 - פולט אולטרה סגול

תחת פעולת שדה אלקטרוסטטי, גרגר אבץ גרם לנפילה. ברגע שכוח המשיכה של גרגר האבק נעשה שווה לכוח הפועל עליו מהשדה החשמלי, הנפילה נעצרה. כל עוד המטען של חלקיק האבק לא השתנה, הוא המשיך לתלות ללא תנועה. אבל אם הוא נחשף לאור אולטרה סגול, אז המטען שלו ירד, והאיזון הופר. היא התחילה ליפול שוב. לאחר מכן הוגדלה כמות המטען על הצלחות. בהתאם, השדה החשמלי גדל, והנפילה שוב נעצרה. זה נעשה מספר פעמים. כתוצאה מכך, נמצא שבכל פעם המטען של חלקיק אבק השתנה בכפולה של המטען של חלקיק יסודי.

איוף לא חישב את גודל המטען של החלקיק הזה. אבל, לאחר שערך ניסוי דומה בשנת 1925, יחד עם הפיזיקאי N.I. דוברונראבוב, לאחר ששינה מעט את מפעל הפיילוט והשתמש בחלקיקי אבק ביסמוט במקום אבץ, הוא אישר את התיאוריה

עד סוף המאה ה-19, במספר ניסויים מגוונים מאוד, נקבע כי קיים נשא מסוים של מטען שלילי, אשר נקרא אלקטרון.

עם זאת, זו הייתה למעשה יחידה היפותטית, שכן, למרות שפע החומר המעשי, לא בוצע ניסוי אחד הכולל אלקטרון אחד.

לא היה ידוע אם קיימים זנים של אלקטרונים לחומרים שונים או שמא זה תמיד זהה, איזה מטען נושא אלקטרון, האם מטען יכול להתקיים בנפרד מחלקיק.

באופן כללי, היו ויכוחים סוערים על האלקטרון בקהילה המדעית, ולא היה בסיס מעשי מספיק שיעצור באופן חד משמעי את כל הוויכוחים.

חקר האלקטרון מאת איופה ומיליקן: איך זה היה

על מנת למצוא תשובות לשאלות ללא תלות זו בזו, שני מדענים ערכו ניסויים בשנים 1910-1911 כדי לחקור את התנהגותם של אלקטרונים בודדים. אלה היו הפיזיקאי הרוסי אברם איופה והמדען האמריקאי רוברט מיליקן.

בניסויים שלהם, הם השתמשו בהגדרות מעט שונות, אבל המהות והעיקרון היו זהים. אז, הם לקחו כלי סגור, שממנו נשאב האוויר למצב ואקום.

בתוך הכלי היו שני לוחות מתכת, שניתן היה לתת להם מטען מסוים, וכן ענן של טיפות שמן או חלקיקי אבק, בעלי מטען שלילי, שניתן היה לצפות בהם דרך מיקרוסקופ מצויד במיוחד.

אז, חלקיקי אבק טעונים וטיפות בוואקום ייפלו מהצלחת העליונה לתחתית, אך ניתן לעצור את התהליך הזה אם הצלחת העליונה טעונה חיובית והצלחת התחתונה טעונה שלילי.

השדה החשמלי שנוצר יפעל על ידי כוחות קולומב על חלקיקים טעונים, וימנע מהם ליפול. על ידי התאמת כמות המטען, הם דאגו שחלקיקי האבק ירחפו באמצע בין הלוחות.

לאחר מכן, המטען של חלקיקי אבק או טיפות הופחת על ידי הקרנתם בקרני רנטגן או באור אולטרה סגול. איבוד המטען, חלקיקי האבק החלו ליפול שוב, הם שוב נעצרו על ידי התאמת המטען של הלוחות. תהליך זה חזר על עצמו מספר פעמים, חישוב המטען של טיפות וחלקיקי אבק באמצעות נוסחאות מיוחדות.

כתוצאה ממחקרים אלו, ניתן היה לקבוע כי המטען של חלקיקי אבק או טיפות משתנה תמיד בקפיצות, לפי ערך מוגדר בהחלט, או לפי גודל שהוא כפולה של ערך זה.

מהות הניסוי היא המטען השלילי המינימלי

ערך מינימלי זה הוא המטען החשמלי השלילי המינימלי או היסודי. המטען הזה תמיד נשאר לא לבד, אלא יחד עם חלקיק חומר.

אז התקבלה המסקנה לגבי קיומו של חלקיק קטן של חומר, הנושא מטען חשמלי בלתי ניתן לחלוקה, מטען של אלקטרון.

קיומו ההיפותטי של האלקטרון קיבל אישור מעשי, וסיים את כל המחלוקות, שכן כעת אפילו הספקנים הנלהבים ביותר לא יכלו להכחיש את קיומו של אלקטרון עם מטען מוגדר בהחלט, זהה לחומרים שונים, שכן זה הוכח על ידי מחקרים ניסיוניים עצמאיים.