0 obserwujących
20 notek
17k odsłon
  2285   0

Doświadczenie Millikana i jego znaczenie dziś

Pan Mcint w blogu Waldemara.M pytał o eksperyment Millikana, w którym po raz pierwszy została wyznaczona dokładna wartośc ładunku elektronu.

Schemat aparatury, z polskimi objaśnieniami, znalazłem, i dziwo, na... pewnym właskim portalu:

Schemat aparatury

Millikan "ważył" kropelki, pozwalając im swobodnie spadać w powietrzu. Powietrze ma jakąs tam lepkość, a szybkośc opadnania kuli kuli o znanej masie i średnicy w osrodku lepkim można otrzymać z tzw. Prawa Stokesa czy moze Stocksa. Millikan mierzył prędkośc opadania, obrserwując kropelke przez mikroskop. Obszar, w którym krpelka opadała, był obszarem pomiedzy okładkami płaskiego kondensatora.

Następnie właczał źródło promieniowania X, które powodowało, ze powietrze wewnątrz aparatury sie jonizowało -- no i wolne elektrony mogły być "wyłapywane" przez kropelki oleju. Wtedy wączał napiecie na okładki kondensatora i tak je zmieniał, by zahamowac opadanie kropelki. Siła cieżkosci działająca na kropelke to mg, a siła w rezultacie działania pola elektrycznego to Vq/d, gdzie V to napięcie pomiędzy okładkami, d - odległość okładek, a q to ładunek kropelki. Gdy opadanie kropelki zostawało zahamowane, znaczyło to, ze mg = Vq/d, z czego mozna było wyznaczyć q. Millikan stwierdził, ze q zawsze było wielokrotnościa pewnego ładunku e, no i ten ładunek musiał byc "ładunkiem elementarnym", czyli pojedynczego elektronu.

Własnie upływa 100 lat od tego historycznego eksperymentu. Ktos nie tak dawno zajrzał do notatek Millikana prowadzanych w czasie eksperymentu, czyli do "księgi laboratoryjnej", albo "log book" po angielsku, i stwierdził, ze Millikan dostał mnóstwo wyników, które arbitrarnie uznał za "złe" i je odrzucił i w ogóle przemilczał rte sprawę. Nie było to postępowanie całkowicie zgodne z etyka prowadzenia eksperymetów -- ale Millikan chyba miał dobrego "nosa" i trafnie decydował, które wyniki były dobre, a które złe, bo wartośc, którą ostatecznie otrzymał, nie rózni sie wiele od dzisiejszych wyników najbardziej precyzyjnych pomiarów e.

Dzis doświadczenie Millikana ma znaczenie wyłacznie historyczne i dydaktyczne (bo na wielu wydzuałach fizyki studenci je powtarzają w ramach ćwiczeń laboratoryjnych -- sam byłem jednym z takich studentów). Ale nie przypuszczam, by rózne instytuty, które zajmuja sie wyznaczaniem stałych fizycznych -- takie w rodzaju NIST w USA -- stosowały nadal Millikanowska metodę. Nie wiem dokładnie, jak dzis sie mierzy e, ale przypuszczam, że najprawdopodobniej metodami spektrometrii masowej.

W takiej metodzie zamiast kropelek używa sie pojedynczych atomów -- dajmy na to, helu. Najpierw wutwarza sie zjonizowany hel, po czym atomy sie "rozpędza" w polu elektrycznym o znanym natężeniu i wyznacza sie ich szybkosc po prostu poprzez pomiar czasu, który zabiera im przelecenie pewnego odcinka o znanej długosci. Nazywa sie to "spektrometrią masową przy użyciu metody czasu przelotu". Masa atomu helu jest bardzo dokładnie wyznaczona, wiec jesli taki ion przelatuje miedzy punktami, miedzy którymi różnica potencjałów jest V, to mozna doładnie obliczyć, na ile wzrosła jego predkosć..

Niewykluczone jednak, że robi sie to innymi metodami. A najprawdopodobniej robi sie to WIELU róznymi metodami, żeby sprawdzic wiarygodność otrzymanych liczb.

Gdybym ja miał wyznaczyc ładunek e prostymi metodami, to bym wział katode z lampy kineskopowej i uzył jej do wytworzenia wiązki elektronów (w prózni, oczywiście) i na drodze tej wiazkibym postawił płytke  o potencjale 15-20 kV (w telewizorach używających kineskopu sa żródła takego napęcia). Następnie zmierzyłbym prąd elektronów dppływających do płytki i wiedziałbym, jaki ładunek doppływa do 1 cm2 płytki w ciągu sekundy. Starałbym sie ten prąd ustawic na poziomie 1 nA. Następnie w płytce bym zrobił otworek ośrednicy ok. 0,1 mm. Przez otworek taki przedostawało by się ok. jednej milionowej wszyskich elektronów wylatujących z katody.  Czuli ok. 10 000 na sekundę. Na drodze tej wiązki postawiłbym licznik i liczył pojedyncze eletrony. Jedyna nieco nbardziej skomplikowana cześć to byłby ów licznik, ale pożuyczyć takowy od kogos na dzień-dwa to nie jest problem. Wiec liczac elektrony i znajac całkowity prąd jaki niosą, mógłbym otrzymać wartość ladunku pojedynczego eletronu.

Jak powiadam, dzis nie ma sensu roztrząsać doświadczeń Millikana, bo dzisiejsze watrości e sa juz wyznaczane całkiem innymi metodami.

W innym niedawnym wpisie na moim bloku wpomnialem o śp. Prof. Gryzińskim. Wymyslił on model atomu wodoru, który miał "pognębic" model Bohra-Sommerfelda" i przez to usmiercic całą mechanike kwantową.

Prof. Gryziński jednak nie wział pod uwagę tego, ze w czasach, kiedy konstruował swój model, to model Bohra-Sommerfelda był juz od pół wieku tylko .... szacownym zabytkiem muzealnym. Troche tak, jakby dziś ktos z tryiumfem obiewscił, że odkrył znacznie lepszy materiął do robienia kamiennych toporów niz krzemień. Albo, na przykład, z tryumfem obwieścił, ze usunął wady konstrukcyjne z fonografu Edisona i taki model znacznie lepiej działa. Albo, jkaby ktoś poddał druzgocacej krytyce konstrukje podwozia 6-ciokonnych dyliżansów.

Pan Waldemar powinien pomyślec o eksperymencie, który by pozwolił na bezpośrednie potwierdzenie istnienia tego jego elektrino, i na wyznaczenie jego ladunku. Bez tego nikt nie uwierzy jego i jego Mistrza Bazijewa  teoriom, bo dla wszystkich faktów, które ich zdaniem "dowodzą" istnienia owego elektrina, mozna wymyśleć inne i równie wiarygodne, czy nawet znacznie bardziej wiarygodne  wytłumaczenia.

Ja osobiscie uważam, ze elektrina istnieja wyłącznie w głowach obu tych panów -- ale udowodnić, ze czegos na pewno nie ma, nie ma sposobu -- ja np. nie podejmuje sie udowodnić, ze na pewno nie ma jednorożców, krasnali, czy czarów.

 

Lubię to! Skomentuj16 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale