Millikanův experiment

Podobné dokumenty
Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Millikanův přístroj. Návod k obsluze

Fyzikální praktikum I

Úloha 1: Kondenzátor, mapování elektrostatického pole

1. Změřte Hallovo napětí v Ge v závislosti na proudu tekoucím vzorkem, magnetické indukci a teplotě. 2. Stanovte šířku zakázaného pásu W v Ge.

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

STANOVENÍ TÍHOVÉHO ZRYCHLENÍ REVERZNÍM KYVADLEM A STUDIUM GRAVITAČNÍHO POLE

Základní experiment fyziky plazmatu

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

Měrný náboj elektronu

1. Měřením na rotačním viskozimetru zjistěte, zda jsou kapaliny připravené pro měření newtonovské.

5b MĚŘENÍ VISKOZITY KAPALIN POMOCÍ PADAJÍCÍ KULIČKY

Zeemanův jev. 1 Úvod (1)

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů

PŘECHODOVÝ DĚJ VE STEJNOSMĚRNÉM EL. OBVODU zapnutí a vypnutí sériového RC členu ke zdroji stejnosměrného napětí

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 1: Kondenzátor, mapování elektrického pole

Buffonova jehla. Jiří Zelenka. Gymnázium Zikmunda Wintra Rakovník

1. Určete závislost povrchového napětí σ na objemové koncentraci c roztoku etylalkoholu ve vodě odtrhávací metodou.

Theory Česky (Czech Republic)

2. Vyhodnoťte získané tloušťky a diskutujte, zda je vrstva v rámci chyby nepřímého měření na obou místech stejně silná.

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Fyzika 1 - rámcové příklady Kinematika a dynamika hmotného bodu, gravitační pole

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Zeemanův jev. Michael Jirásek; Jan Vejmola Gymnázium Český Brod, Vítězná 616 SPŠE V Úžlabině 320, Praha 10

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Několik experimentů ze semináře Elektřina a magnetismus krok za krokem

Experimentální metody EVF I.: Vysokovakuová čerpací jednotka

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Balmerova série vodíku

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Praktikum III - Optika

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

Základním praktikum z laserové techniky

1 Teoretický úvod. 1.2 Braggova rovnice. 1.3 Laueho experiment

Měření kinematické a dynamické viskozity kapalin

Určení hmotnosti zeměkoule vychází ze základního Newtonova vztahu (1) mezi gravitačním zrychlením a g a hmotností M Z gravitačního centra (Země).

Dualismus vln a částic

LabQuest měření v terénu

Charakterizují kvantitativně vlastnosti předmětů a jevů.

I Mechanika a molekulová fyzika

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

Měření náboje elektronu Millikanovou metodou

Úloha VI.E... ztroskotání balónu

Po stopách Isaaca Newtona

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Graf I - Závislost magnetické indukce na proudu protékajícím magnetem. naměřené hodnoty kvadratické proložení. B [m T ] I[A]

Kalibrace odporového teploměru a termočlánku

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.10 Název: Hallův jev. Pracoval: Lukáš Ledvina

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Projekt z volitelné fyziky Výtok kapaliny otvorem ve stěně

1. Měřením na rotačním viskozimetru zjistěte, zda jsou kapaliny připravené pro

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Posuzoval:... dne:...

VISKOZITA A POVRCHOVÉ NAPĚTÍ

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Spektrometrie záření gama

3. Diskutujte výsledky měření z hlediska platnosti Biot-Savartova zákona.

Proudění vzduchu v chladícím kanálu ventilátoru lokomotivy

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

12. VISKOZITA A POVRCHOVÉ NAPĚTÍ

5. Duté zrcadlo má ohniskovou vzdálenost 25 cm. Jaký je jeho poloměr křivosti? 1) 0,5 m 2) 0,75 m 3) Žádná odpověď není správná 4) 0,25 m

Elektrický náboj a elektrické pole

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

KATEDRA ELEKTRICKÝCH MĚŘENÍ

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 6: Měření povrchového napětí kapalin. Měření vnitřního tření kapalin. Měření vnitřního tření vzduchu

Stanovení hustoty pevných a kapalných látek

Laboratorní práce č. 3: Měření součinitele smykového tření

Biostatistika Cvičení 7

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Odpor vzduchu. Jakub Benda a Milan Rojko, Gymnázium Jana Nerudy, Praha

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

Laboratorní úloha č. 5 Faradayovy zákony, tíhové zrychlení

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Účinnost tepelného stroje

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

FYZIKA I. Gravitační pole. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

3. Vypočítejte chybu, které se dopouštíte idealizací reálného kyvadla v rámci modelu kyvadla matematického.

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Tíhové zrychlení na několik žákovských způsobů

MĚŘ, POČÍTEJ A MĚŘ ZNOVU

Fyzikální praktikum 1

Řešení úloh 1. kola 52. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D., kde t 1 = s v 1

Poskakující míč

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě nízkofrekvenční nevýkonový tranzistor KC 639. Mezní hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Mikrovlny. K. Kopecká*, J. Vondráček**, T. Pokorný***, O. Skowronek****, O. Jelínek*****

TERMODYNAMIKA Ideální plyn TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 10 Název: Rychlost šíření zvuku. Pracoval: Jakub Michálek

Létající komín. Daniela Mrázková. Gymnázium Cheb Nerudova 7, Cheb

Mechanika tekutin. Hydrostatika Hydrodynamika

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Poskakující míč

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

Transkript:

Millikanův experiment A. Janich 1, J. Löffelmann 2, A. Trojanová 3 Gymnázium Špitálská, Praha 9 1,3, Gymnázium Litoměřická Praha 9 2 adjanich@gmail.com 1, jira.leflik@gmail.com 2, anezka.trojanova@gmail.com 3 Abstrakt Cílem miniprojektu bylo stanovit elementární náboj elektronu měřením rychlosti padajících a stoupajících nabitých kapiček oleje v přítomnosti elektrického pole. Vypočtený náboj kapiček s elementárním nábojem se blížil realitě. Naopak kapičky s nábojem rovným několikanásobku elementárního náboje neposkytly příliš uspokojivé výsledky. 1 Úvod Millikanův experiment byl prováděn s aparaturou znázorněnou na Obr. 1. Kapičky ricinového oleje se vznášely ve vzduchu v prostoru mezi dvěma deskami kondenzátoru. Jestliže byl mezi deskami vytvořen potenciál, vlivem přítomnosti elektrického pole se kapičky pohybovaly nahoru. Naopak nebyl-li kondenzátor nabit, pohybovaly se kapičky vlivem tíhové síly směrem dolu. Navíc velikost rychlosti jejich pohybu se vždy ustálila na určité hodnotě díky přítomnosti odporové síly vzduchu. Při těchto pokusech Millikan zjistil, že náboj kapiček je vždy násobkem určitého čísla. Cílem našeho miniprojektu bylo tento experiment zopakovat a rovněž prokázat tuto skutečnost. Obr. 1: Popis přístroje, 1. Základní deska, 2. Měřicí mikroskop, 3. Deskový kondenzátor, 4. Osvětlení, 5. Olejový atomizér, 6. Gumový balonek [3] 2 Verze experimentu Millikanův experiment lze provést třemi způsoby, lišícími se směrem pohybu kapky v přítomnosti elektrického pole. 1. Plovoucí metoda: Napětí mezi deskami je na začátku nastaveno tak, aby se kapička nepohybovala a až poté je pole vypnuto a je změřeno, jakou rychlostí kapička padá. 2. Klesající metoda: Jestliže pole nedosahuje dostatečné intenzity, je určována rychlost pádu zpomaleného díky elektrickému poli. 3. Stoupající metoda: Elektrická síla překoná tíhovou a kapička v přítomnosti elektrického pole stoupá. Zvolili jsme si stoupající metodu, neboť u plovoucí metody jsme došli k závěru, že příslušné napětí nedokážeme nastavit dostatečně přesně. Přitom jsme byli schopni vygenerovat pole o dostatečné intenzitě, aby kapičky stoupaly.

3 Teoretické poznatky Použité veličiny Vzdálenost mezi deskami Hustota oleje Hustota vzduchu Dynamická viskozita vzduchu Napětí mezi deskami Vzdálenost uražená kapkou Čas pádu Čas vzestupu Tíhové zrychlení Empiricky zvolená konstanta Objem kapky Rychlost pádu Rychlost vzestupu Tíhová síla Vztlaková síla Odporová síla Elektrická síla Číslo měření Odvození vztahu Nejprve si uvědomme, jaké síly působí na kapičku při pádu ve vzduchu bez přítomnosti elektrického pole. Tíhová síla : Vztlaková síla : Odporová síla : (1) (2) Vzhledem k tomu, že kapička se pohybuje rovnoměrným pohybem, síly se musí vyrovnat: (3) (4) Odtud: (5)

Po zapnutí elektrického pole začne působit rovněž elektrická síla (6) (7) Dosaďme za r a vyjádřeme náboj (8) Pro malé hodnoty poloměru se ovšem uplatňují jevy jako Brownův pohyb a odporová síla závisí na poloměru už nelineárně. Je proto potřeba provést korekci výsledku. (9) 4 Provedení experimentu Měření rychlosti kapiček bylo v praxi prováděno pomocí mikroskopu, jehož okulár obsahoval stupnici, díky níž jsme byli schopni určit vzdálenost uraženou kapičkou. Z praktických důvodů jsme vždy odměřovali vzdálenost 2,4 mm, jelikož právě tato vzdálenost se dala snadno odečíst. K určení času jsme pak využili elektronické stopky (obr. 2). K vytvoření elektrického potenciálu byl použit zdroj napětí, který byl teoreticky schopen generovat až 600 V. Ve skutečnosti maximální napětí kolísalo mezi 540 až 560 V. Měření jsme provedli celkem 15krát. Poté jsme určili poloměr kapky, její náboj a náboj po korekci. Obr. 2: Elektronické stopky [3]

5 Výsledky měření Při určování hodnot u každé z kapek jsme naměřili čas jejího pádu, čas vzestupu a napětí. Poté jsme spočítali poloměr, náboj a náboj po korekci pomocí vztahů (5), (8) a (9). Z hodnot jsme vytvořili tabulku (Tab. 1) a graf závislostí nábojů na poloměru (Obr. 3 a Obr. 4). [s] [s] [V] [nm] [ C] [ C] 1 53,3 23,2 552 652,7 3,574 3,019 2 51,1 21,4 545 666,6 3,962 3,357 3 64,2 47,1 548 594,7 1,952 1,623 4 57,4 63,3 547 628,9 1,866 1,567 5 46,2 44,6 540 701,0 2,795 2,387 6 56,4 58,4 550 634,5 1,964 1,652 7 39,3 29,2 550 760,1 4,030 3,483 8 53,4 41,3 534 652,1 2,562 2,163 9 59,1 53,3 548 619,8 1,972 1,651 10 37,7 57,5 545 776,0 3,055 2,648 11 50,1 76,9 550 673,2 1,971 1,673 12 25,4 29,2 548 945,5 6,205 5,512 13 53,1 72,5 549 653,9 1,899 1,604 14 49,7 86,8 548 675,9 1,907 1,619 15 60,5 62,6 547 612,6 1,779 1,487 Tab. 1: Výsledky měření, Číslo měření, Čas pádu, Čas vzestupu, Napětí, Poloměr, Náboj, Náboj po korekci Obr. 3: Data před korekcí

Obr. 4: Data po korekci 6 Diskuse a závěr Relativní chyba výsledků bez korekce byla takřka 24 %, zatímco po ní přibližně 15 %. Chyba měření byla podle našeho názoru způsobena zejména tím, že kapičky se vlivem proudění vzduchu viditelně pohybovaly po ne zcela svislých trajektoriích. Přitom měřítko v okuláru se jevilo poměrně rozmazané a odčítání hodnot z něj se tím výrazně zkomplikovalo. Navíc některé veličiny nemohly být stanoveny zcela přesně (např. hustota oleje závisela na okolní teplotě a podle výrobce mohla kolísat mezi a ). Přitom kapičky, které měly elementární náboj, poskytovaly velice uspokojivé výsledky. Vzhledem k faktu, že experiment byl ovlivněn tolika nežádoucími faktory, považujeme přesnost naměřených dat za úspěch. 7 Poděkování Děkujeme Ing. Davidu Horákovi za pomoc při provádění experimentu a jeho cenné připomínky. 8 Reference [1] Reichl J.: Millikanův pokus http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/708-millikanuv-pokus [21. 6. 2016] [2] APS phics: Robert A. Millikan https://www.aps.org/programs/outreach/history/historicsites/millikan.cfm [21. 6. 2016] [3] HELAGO Millikanův přístroj návod k obsluze [21. 6. 2016]