Doświadczenie Millikana — ładunek elementarny

Rozszerzenie tematu ładunku i pola elektrycznego. Naładowana kropla oleju wisi między okładkami, gdy siła elektryczna równoważy ciężar (qE=mg). Zmierzone ładunki kolejnych kropel zawsze są wielokrotnością ładunku elementarnego e — dowód kwantyzacji ładunku (Nobel 1923).

Fizyka · Elektrostatyka · Doświadczenie Millikana (FIZ.ELEKTROSTAT.PP.05)

Napięcie na okładkach

U

200 V

Zmierzone ładunki wielu różnych kropel są…

napięcie U

200 V

pole E

33.3 kV/m

siła qE

1,6·10⁻¹⁴ N

ładunek q

3·e

Co się właśnie stało?

Kropla oleju między okładkami kondensatora ma ładunek i podlega dwóm siłom: ciężarowi $mg$ (w dół) i sile elektrycznej $qE$ (w górę). Regulując napięcie, dobierasz takie $U$ , przy którym siły się równoważą — kropla nieruchomo wisi.

Warunek równowagi:

qE = mg,\qquad E = \dfrac{U}{d}

— pole między okładkami zależy od napięcia i ich odstępu. Podstawiając, dla zawieszonej kropli:

q\,\dfrac{U}{d} = mg \quad\Rightarrow\quad q = \dfrac{mgd}{U}

Co odkrył Millikan?

Mierząc ładunek setek różnych kropel, zawsze otrzymywał wielokrotność tej samej porcji: $q = n\cdot e$ , gdzie $n = 1, 2, 3, \dots$ Ładunek elektryczny jest skwantowany — nie występuje w dowolnych ilościach, lecz porcjami po:

e \approx 1{,}6\cdot10^{-19}\ \text{C}

Po co Ci to na maturze:

To sztandarowy dowód na istnienie ładunku elementarnego. Chwyt: w równowadze przyrównaj $qE=mg$ , wstaw $E=U/d$ i wyznacz $q$ — a otrzymany wynik zawsze rozłożysz jako $n\cdot e$ .

Zapamiętaj: w równowadze qE = mg, więc q = mgd/U — a każdy zmierzony ładunek to wielokrotność ładunku elementarnego, q = n·e.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

›

Co wyznacza doświadczenie Millikana?

Ładunek elementarny e — najmniejszą porcję ładunku (e≈1,6·10⁻¹⁹ C).

›

Dlaczego ładunki są wielokrotnościami e?

Bo ładunek jest skwantowany — kropla ma całkowitą liczbę nadmiarowych elektronów, q=n·e.

›

Kiedy kropla wisi nieruchomo?

Gdy siła elektryczna równoważy ciężar: qE=mg, przy E=U/d.

Teoria (klasa): FIZ.3.1.1 → Lekcja maturalna: FIZ.M.5.1 →

Powiązane eksperymenty

Prawo Coulomba — siła między ładunkami F = k·q₁q₂/r² →