Das Ölfall-Experiment war ein Experiment, das von Robert Millikan und Harvey Fletcher 1909 durchgeführt ist, um die elementare elektrische Anklage (die Anklage des Elektrons) zu messen.

Das Experiment hat das Ausgleichen der Gravitationskraft nach unten mit der nach oben gerichteten Schinderei und elektrischen Kräfte auf winzigen beladenen Tröpfchen von zwischen zwei Metallelektroden aufgehobenem Öl zur Folge gehabt. Seitdem die Dichte des Öls bekannt war, konnten die Massen der Tröpfchen, und deshalb ihre schwimmenden und Gravitationskräfte, von ihren beobachteten Radien bestimmt werden. Mit einem bekannten elektrischen Feld konnten Millikan und Fletcher sogar die Anklage auf Öltröpfchen im mechanischen Gleichgewicht bestimmen. Indem sie das Experiment für viele Tröpfchen wiederholt haben, haben sie bestätigt, dass die Anklagen alle Vielfachen von einem grundsätzlichen Wert waren, und ihn berechnet haben, um, innerhalb von 1 % des zurzeit akzeptierten Werts dessen zu sein. Sie haben vorgeschlagen, dass das die Anklage eines einzelnen Elektrons war.

Hintergrund

1900 anfangend, während ein Professor an der Universität Chicagos, Millikan, mit dem bedeutenden Eingang von Fletcher, und nach der Besserung seiner Einstellung, seine Samenstudie 1913 veröffentlicht hat.

Das Experiment von Millikan ist mit dem Messen der Kraft auf Öltröpfchen in einem Glasraum verbunden gewesen, der zwischen zwei Elektroden, ein oben und ein unten eingeschoben ist. Mit dem elektrischen berechneten Feld konnte er die Anklage des Tröpfchens, die Anklage auf einem einzelnen Elektron messen zu sein. Zur Zeit von Millikans Ölfall-Experimenten und Fletchers wurde die Existenz von subatomaren Partikeln nicht allgemein akzeptiert. Mit Kathode-Strahlen 1897 experimentierend, hatte J. J. Thomson negativ beladene "Körperchen" entdeckt, wie er sie, mit einer Masse ungefähr 1840mal kleiner genannt hat als dieses eines Wasserstoffatoms. Ähnliche Ergebnisse waren von George FitzGerald und Walter Kaufmann gefunden worden. Der grösste Teil davon, wem dann über die Elektrizität und den Magnetismus jedoch bekannt war, konnte auf der Basis erklärt werden, dass Anklage eine dauernde Variable ist; auf die ziemlich gleiche Weise, wie viele der Eigenschaften des Lichtes durch das Behandeln davon als eine dauernde Welle aber nicht als ein Strom von Fotonen erklärt werden können.

Die so genannte elementare Anklage e ist eine der grundsätzlichen physischen Konstanten, und sein genauer Wert ist von großer Bedeutung. 1923 hat Millikan den Nobelpreis in der Physik teilweise wegen dieses Experimentes gewonnen.

Beiseite vom Maß besteht die Schönheit des Ölfall-Experimentes darin, dass es eine einfache, elegante spielerische Demonstration ist, dass Anklage wirklich gequantelt wird. Thomas Edison, der vorher an Anklage als eine dauernde Variable gedacht hatte, ist überzeugt nach dem Arbeiten mit Millikans Apparat und Fletchers geworden. Dieses Experiment ist von Generationen von Physik-Studenten seitdem wiederholt worden, obwohl es ziemlich teuer und schwierig ist, richtig zu tun.

In den letzten zwei Jahrzehnten sind mehrere computerautomatisierte Experimente durchgeführt worden, um nach isolierten unbedeutend beladenen Partikeln zu suchen. Bis jetzt (2007) wurden keine Beweise für Bruchanklage-Partikeln über mehr als 100 Millionen gemessene Fälle gefunden.

Experimentelles Verfahren

Apparat

Der Apparat von Millikan und Fletchers hat ein paralleles Paar von horizontalen Metalltellern vereinigt. Durch die Verwendung eines potenziellen Unterschieds über die Teller wurde ein gleichförmiges elektrisches Feld im Raum zwischen ihnen geschaffen. Ein Ring von Dämmstoff wurde verwendet, um die Teller einzeln zu halten. Vier Löcher wurden in den Ring, drei für die Beleuchtung durch ein helles Licht und einen anderen geschnitten, um zu erlauben, durch ein Mikroskop anzusehen.

Ein feiner Nebel von Öltröpfchen wurde in einen Raum über den Tellern zerstäubt. Das Öl war eines Typs, der gewöhnlich im Vakuumapparat verwendet ist, und wurde gewählt, weil es einen äußerst niedrigen Dampf-Druck hatte. Gewöhnliches Öl würde unter der Hitze der leichten Quelle verdampfen, die die Masse von Ölfall verursacht, den Kurs des Experimentes umzustellen. Einige Ölfälle sind elektrisch beladen durch die Reibung mit der Schnauze geworden, weil sie zerstäubt wurden. Wechselweise konnte Aufladung durch das Umfassen einer Ionisieren-Strahlenquelle (wie eine Röntgenstrahl-Tube) verursacht werden. Die Tröpfchen sind in den Raum zwischen den Tellern eingegangen und, weil sie beladen wurden, konnte es gemacht werden, sich zu erheben und durch das Ändern der Stromspannung über die Teller zu fallen.

Methode

Am Anfang wird den Ölfällen erlaubt, zwischen den Tellern mit dem elektrischen abgedrehten Feld zu fallen. Sie erreichen sehr schnell eine Endgeschwindigkeit wegen der Reibung mit der Luft im Raum. Das Feld wird dann angemacht und, wenn es groß genug ist, werden einige der Fälle (die beladenen) anfangen sich zu erheben. (Das ist, weil die aufwärts elektrische Kraft F für sie größer ist als die abwärts Gravitationskraft g, ebenso können Bit Papier durch eine beladene Gummistange aufgepickt werden). Ein wahrscheinlich aussehender Fall wird ausgewählt und in der Mitte des Feldes der Ansicht durch das abwechselnde Ausschalten der Stromspannung behalten, bis alle anderen Fälle gefallen sind. Das Experiment wird dann mit diesem Fall fortgesetzt.

Dem Fall wird erlaubt zu fallen, und seine Endgeschwindigkeit v ohne ein elektrisches Feld wird berechnet. Die Schinderei-Kraft, die dem Fall folgt, kann dann mit dem Gesetz von Stokes ausgearbeitet werden:

wo v die Endgeschwindigkeit (d. h. Geschwindigkeit ohne ein elektrisches Feld) vom fallenden Fall ist, ist η die Viskosität der Luft, und r ist der Radius des Falls.

Das Gewicht W ist der Band V, der mit der Dichte ρ und die Beschleunigung wegen des Ernstes g multipliziert ist. Jedoch, was erforderlich ist, ist das offenbare Gewicht. Das offenbare Gewicht in Luft ist das wahre Gewicht minus die Horstbildung (der dem Gewicht von Luft gleichkommt, die durch den Ölfall versetzt ist). Für ein vollkommen kugelförmiges Tröpfchen kann das offenbare Gewicht als geschrieben werden:

An der Endgeschwindigkeit beschleunigt sich der Ölfall nicht. Deshalb muss die Gesamtkraft, die ihm folgt, Null und die zwei Kräfte F sein, und W muss einander (d. h. F = W) annullieren. Das bezieht ein

Sobald r berechnet wird, kann W leicht ausgearbeitet werden.

Jetzt wird das Feld auf zurückgewiesen, und die elektrische Kraft auf dem Fall ist

wo q die Anklage auf dem Ölfall ist und E das elektrische Feld zwischen den Tellern ist. Für parallele Teller

wo V der potenzielle Unterschied ist und d die Entfernung zwischen den Tellern ist.

Eine denkbare Weise, q auszuarbeiten, würde sich V anpassen sollen, bis der Ölfall unveränderlich geblieben ist. Dann konnten wir F mit W ausgleichen. Aber in der Praxis ist das äußerst schwierig, genau zu tun. Außerdem Bestimmung F erweist sich schwierig, weil die Masse von Ölfall schwierig ist, ohne zurückkehrenden Rücken zum Gebrauch des Gesetzes von Stokes zu bestimmen. Eine praktischere Annäherung soll V ein bisschen auftauchen, so dass sich der Ölfall mit einer neuen Endgeschwindigkeit v erhebt. Dann

Schwindel-Behauptungen

Es gibt eine Meinungsverschiedenheit über den Gebrauch der Selektivität in den Ergebnissen von Millikan seines zweiten Experimentes, das die vom Historiker Gerald Holton erhobene Elektronanklage misst. Holton (1978) hat darauf hingewiesen, dass Millikan einen großen Satz von Ölfällen ignoriert hat, die in seinen Experimenten ohne offenbaren Grund gewonnen sind. Allan Franklin, eine ehemalige hohe Energie experimentalist und aktueller Philosoph der Wissenschaft an der Universität Colorados hat versucht, diesen Punkt durch Holton zu widerlegen. Franklin behauptet, dass die Ausschlüsse von Millikan von Daten den Endwert von e nicht betroffen haben, den Millikan erhalten hat, aber zugibt, dass es wesentliche "Schönheitschirurgie" gab, die Millikan durchgeführt hat, der die Wirkung hatte, den statistischen Fehler auf e zu reduzieren. Das hat Millikan ermöglicht, die Zahl zu zitieren, zu der er e besser berechnet hatte als eine Hälfte von einem Prozent; tatsächlich, wenn Millikan alle Daten eingeschlossen hatte, hat er ausgeworfen, es wäre zu innerhalb von 2 % gewesen. Während das noch auf Millikan hinausgelaufen wäre, der e besser gemessen hat, als irgendjemand anderer zurzeit die ein bisschen größere Unklarheit mehr Unstimmigkeit mit seinen Ergebnissen innerhalb der Physik-Gemeinschaft erlaubt haben könnte. David Goodstein erwidert, dass Millikan einfach feststellt, dass er nur Fälle eingeschlossen hat, die eine "ganze Reihe von Beobachtungen" erlebt und keine Fälle von dieser Gruppe ausgeschlossen hatten.

Das Experiment von Millikan als ein Beispiel von psychologischen Effekten in der wissenschaftlichen Methodik

In einer Anfang-Adresse, die am Institut von Kalifornien für die Technologie (Caltech) 1974 gegeben ist (und nachgedruckt in Sicher Scherzen Ihnen, Herr Feynman!), Physiker Richard Feynman hat bemerkt:

Wir haben viel aus der Erfahrung darüber erfahren, wie man einige der Weisen behandelt, wie wir uns Spaß machen. Ein Beispiel: Millikan hat die Anklage auf einem Elektron durch ein Experiment mit fallenden Ölfällen gemessen, und hat eine Antwort bekommen, die wir jetzt wissen, um nicht Recht zu haben. Es ist ein kleines bisschen aus, weil er den falschen Wert für die Viskosität von Luft hatte. Es ist interessant, auf die Geschichte von Maßen der Anklage eines Elektrons nach Millikan zu schauen. Wenn Sie sie als eine Funktion der Zeit planen, finden Sie, dass man ein kleines bisschen größer ist als Millikan, und das folgende jemandes ein kleines bisschen größer als das und das folgende jemandes ein kleines bisschen größer als das, bis schließlich sie sich zu einer Zahl niederlassen, die höher ist.

Warum entdeckten sie nicht, dass die neue Zahl sofort höher war? Es ist ein Ding, dass sich Wissenschaftler - diese Geschichte schämen - weil es offenbar ist, dass Leute Sachen wie das gemacht haben: Als sie eine Zahl bekommen haben, die auch hoch über Millikan war, haben sie gedacht, dass etwas falsch sein muss - und sie suchen und einen Grund finden würden, warum etwas falsch sein könnte. Als sie eine Zahl in der Nähe vom Wert von Millikan bekommen haben, haben sie so hart nicht ausgesehen. Und so sie die Zahlen beseitigt haben, die zu weit weg waren, und andere Sachen wie das gemacht haben...

, der akzeptierte Wert für die elementare Anklage ist, wo die 40 die Unklarheit der letzten zwei dezimalen Plätze anzeigen. In seinem Vortrag von Nobel hat Millikan sein Maß als gegeben, das gleich ist. Der Unterschied ist weniger als ein Prozent, aber es ist mehr als fünfmal größer als der Standardfehler von Millikan, so ist die Unstimmigkeit bedeutend.

Weiterführende Literatur

Links

• Thomsen, die Marschall, "Gut zum letzten Fall". Millikan Geschichten als "konservierte" Unterrichtsmethode. Michiganer Ostuniversität.
• CSR/TSGC Mannschaft, "Quark-Suchexperiment". Die Universität Texas an Austin.
• Das Ölfall-Experiment erscheint in einer Liste von 10 Schönsten in der New York Times ursprünglich veröffentlichten Experimenten der Wissenschaft.
• Engeness, T.E. "Das Millikan Ölfall-Experiment". Am 25. April 2005
• , Vortrag von Millikan, Modifizierungen zu seinem ursprünglichen Experiment besprechend, um seine Genauigkeit zu verbessern.
• Millikan Ölfall-Experiment im Raum. Eine Schwankung dieses Experimentes ist für die Internationale Raumstation angedeutet worden.

von mona malik