МИНОБРНАУКИ РОССИИ
«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)
Физический факультет
Кафедра физики
отчет
по лабораторной работе №6
Тема: Опыт Милликена
ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ |
|||
|
|||
Агеев А.А. |
|||
|
|||
Академическая группа |
ФФ-304 |
Курс |
3 |
|
|||
(подпись)
« » 2024г. |
|||
|
|||
ПРОВЕРИЛ |
|||
|
|||
Воронин Д.С. |
|||
|
|||
|
|||
ОЦЕНКА: |
|||
|
|||
|
|||
(подпись)
« » 2024г. |
|||
Челябинск
2024
Цель работы: Исследование движения заряженных капель в электрическом и гравитационном полях (опыт Милликена). Определение элементарного заряда. Измерение скоростей движения капель при различных напряжениях и направлениях электрического поля. Определение радиуса и заряда капель.
Экспериментальная установка (рис. 1) состоит из распылителя капель Р, конденсатора К, источника питания ИП, микроскопа М и источника излучения hv. Вращая объектив окуляра микрометра, можно добиться четкости изображения его шкалы. Подъем и падение капель масла осуществляется переключением напряжения на конденсаторе U. Измерение времени производится с помощью секундомера.
Рис. 1 – Схема установки для проведения опыта Милликена
Общие сведения
Экспериментальная установка Милликена для измерения электрического заряда электрона представляла собой большой плоский конденсатор из двух металлических пластин с камерой между ними. На обкладки конденсатора Милликен подавал постоянное напряжение от мощной батареи, создавая на них высокую разность потенциалов, а между обкладками помещал мелко распыленные капли масла. Сначала Милликен измерил предельную скорость падения капель — то есть скорость, при которой сила земного притяжения, действующая на капли, уравновешивается силой сопротивления воздуха. По этой скорости ученый определил объем и массу капель. После этого он распылил идентичный аэрозоль в присутствии электростатического поля, то есть при подключенной батарее. В этом случае масляные капли оставались в подвешенном состоянии достаточно долго, поскольку силы гравитационного притяжения Земли уравновешивались силами электростатического отталкивания между каплями аэрозоля, которые электризуются в результате трения о воздух.
Когда
капля масла с радиусом
равномерно
падает со скоростью
,
на нее действуют сила тяжести и сила
трения Стокса, зависящая от скорости,
и эти силы равны:
.
Сила трения Стокса равна:
, где
– вязкость воздуха.
Когда
капля масла поднимается со скоростью
во внешнем электрическом поле E,
направленная вниз сила, обусловленная
трением Стокса, равна:
.
Разница
между этими силами в точности равна
силе
,
создаваемой приложенным электрическим
полем E.
Таким образом,
Для
того, чтобы определить заряд
,
требуется только радиус
рассматриваемой капли масла, который,
однако, легко находится из равновесия
сил между результирующей гравитационной
силой
и силой
трения Стокса
( в случае падения капли), где ∆𝝆
равна разности плотностей масла и
воздуха.
Из
равенства
получим:
Для
более точного определения заряда
,
нужно принять во внимание, что сила
трения Стокса должна быть скорректирована
при очень малых радиусах r, потому что
их порядок сопоставим с длиной свободного
пробега молекул воздуха. Исправленная
формула для силы трения, которая учитывает
давление воздуха P, выглядит:
Заменим
,
тогда:
Протокол наблюдений Лабораторная работа № 6 «Опыт Милликена»
Выполнил студент группы аааааааааа аааааааааааааааааааааааа
Заряд
электрона
Вязкость
воздуха
Ускорение
свободного падения
Расстояние между обкладками d = 0,0056 м
Таблица 1
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы: