ЛР1_Физика

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра программного обеспечения информационных технологий

Факультет КСиС

Специальность ПОИТ

Лабораторная работа №1

по дисциплине «Физика»

тема: «Определение заряда электрона»

Выполнил студент: Бордон Е.С.

группа 991051

Зачетная книжка № 99105004

Минск 2020

Впервые экспериментально исследовали атомизм электричества американский физик Роберт Милликен и вслед за ним наш соотечественник Абрам Федорович Иоффе. Оба ученых исследовали поведение мелких заряженных частиц в электрическом поле.

Рис 1. Установка Милликена

Это схема экспериментальной установки Милликена построенная в 1909 году. В камере установки две параллельные металлические пластины, над ними с помощью пульверизатора распыляли жидкость. При этом капли жидкости получали электрические заряды. Некоторые капли через отверстия проникали в пространство между пластинами. Милликен наблюдал за поведением капель в специальный микроскоп. Под действием силы тяжести капли падали вниз.

Когда пластина заряжались, между ними возникало электрическое поле. Теперь на каплю кроме силы тяжести действовала еще и электрическая сила. Скорость движения капли становилась другой.

Рис 2. Капля под действие силы тяжести и действием эл. поля.

Сопоставляя эти скорости Милликен смог математически рассчитать заряд капли. Для разных капель были получены различные значения зарядов. Оказалось что все значения зарядов оказались кратны значению заряда q₀=-1.6*10^-19Кл. Так Милликен экспериментально подтвердил дискретность электрического заряда и измерил элементарный заряд. В 1912 году Абрам Фёдорович Иоффе провел новый опыт подтверждавшие дискретность электрического заряда.

Начало работы:

Рис 3. Компьютерная модель установки Милликена

Данные компьютерной модели установки Милликена: расстояние между пластинами d=5мм.; расстояние между рисками 2мм; Вязкость воздуха

η = 18·10^-6 Па*с; плотность масла ρ = 900 кг/м³.

Масса капли m:

Радиус капли:

При включении напряжения напряженность поля в равна E = U/d.

Заряд капли:

Скорость движения капли вычисляется по формуле:

V_1,2 = 2*10^-3 / t_1,2

Порядок выполнения работы:

1. Вычисляем время движения t1 капли под действие силы гравитации

2. Включаем электрическое поле напряжением U и записываем время движения капли от одной черты до другой t2

3. Зная расстояние между чертой 1 и чертой 2 – 2мм. Высчитываем скорость движения капли V₁, и V₂.

4. Рассчитываем радиус конкретной капли используя формулу:

Где η = 18·10^-6 Па*с; ρ = 900 кг/м³; g=10 м/с²;

5. Рассчитываем заряд капли q по формуле:

Где п=3,14; η = 18·10^-6 Па*с; d=5мм=5*10^-3м.;

6. Последняя колонка показывает корректность вычислений. Разделив полученное значение заряда капли на заряд электрона q₀=-1.6*10^-19Кл мы должны получить число близкое к целому значению.

В результате проведенных экспериментов мной были получены следующие значения данных:

t1, с	t2, с	v1, *10-3 м/с	v2, *10-3 м/с	r, *10-7 м	q, *10-19 Кл	q/e кратность	U, В
22,60	8,10	0,09	0,25	9,00	12,97	8,11	400
22,40	15,20	0,09	0,13	9,00	11,19	6,99	300
20,40	13,00	0,10	0,15	9,49	10,06	6,29	400
20,70	10,70	0,10	0,19	9,49	11,67	7,29	400
21,50	13,10	0,09	0,15	9,00	12,21	7,63	300
t1, с	t2, с	v1, *10-3 м/с	v2, *10-3 м/с	r, *10-7 м	q, *10-19 Кл	q/e кратность	U, В
20,10	53,40	0,10	0,04	9,49	11,26	7,04	200
20,60	23,50	0,10	0,09	9,49	8,49	5,31	360
21,80	18,50	0,09	0,11	9,00	7,83	4,89	390
20,00	10,50	0,10	0,19	9,49	11,11	6,94	420

В результате полученных данных в ходе эксперимента полученные данные оказались приблизительно (с учетом человеческого фактора) кратны заряду электрона q₀=-1.6*10^-19Кл высчитанного Робертом Милликеном в 1909г.

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте закон Стокса.

СТОКСА ЗАКОН - закон, определяющий силу сопротивления F, испытываемую твёрдым шаром при его медленном равномерном постулат, движении в неограниченной вязкой жидкости: F=6*π*µ*r*v. Где µ - коэф. вязкости жидкости, r - радиус шара, v - скорость его движения.

2. Нарисуйте диаграммы сил, действующих на каплю в опыте Милликена а) при выключенном и б) включенном напряжении.

Рис 4. Действие сил на каплю в экспиременте

3. Почему в данном опыте скорость движения капли можно считать постоянной?

Тк на скорость V₁ влияет только сила гравитации, то все изменения скорость – это человеческий фактор. На скорость V₂ влияет напряжение электрического поля которое может быть различным.

4. С помощью метода Милликена можно определить заряд электрона. Какие другие методы определения заряда электрона Вы знаете?

В 1912г. Абрам Фёдорович Иоффе провел новый опыт подтверждавшие дискретность электрического заряда. В этом опыте вместо капель жидкости использовались отрицательно заряженные методические пылинки.