Yağ damlası deneyimi tarafından yürütülen, Millikan ( Chicago Üniversitesi başında) XX inci yüzyıl , iki elektrikli arasındaki petrol minik damla sprey etmektir elektrotlar bir yatay düzlem kondansatör şarj. Minik damlalar, hızla dengelenen ve her bir düşüşün bir tüfek dürbünü ve bir kronometre ile ölçülebilen sabit bir hızda hareket etmesine neden olan birden fazla kuvvete maruz kalır.
Deney, bir damlacık seçip, üzerine etki eden kuvvetlerin etkisi altında farklı iyonizasyon değerlerinde hareketini analiz etmekten oluşur:
Deney sırasında Millikan, X-ışını ışıması ile iyonize edilmiş bir yağ damlacığının hızını , kat edilen mesafenin seyahat etmek için geçen süreye oranını hesaplayarak belirler . Daha sonra damlaların yüklerini çıkarır ve hepsinin 1.592 × 10 −19 C değerindeki bir yükün tamsayı katları olduğunu not eder , bugün temel yük adı altında bildiğimiz bir sabittir (bugüne kadar biraz farklı ayarlanmış bir değerle). : e = Model: 1.60217646 ve geleneksel olarak e ile belirttiğimiz ; bu deney , kesinlikle her zaman bu çekirdek değerin e pozitif veya negatif tamsayı katı olan elektrik yükünün nicelleştirilmesinin ilk kanıtı oldu .
Bu deney ve şarj ölçümü üzerine bulgular kazandı Millikan Nobel Fizik Ödülü de 1923 .
Bir yağ püskürtücü, elektrikli yağ damlacıklarını düzgün bir elektrostatik alanın olduğu bir boşluğa yavaş yavaş düşürürse, düşme hızının aniden değişeceği bulunur ve bu da Millikan'ın değerini ölçtüğü bir kuvvetin oyuna girdiğini gösterir. temel yükün: e = 1.6017 × 10 −19 coulomb.
Millikan, 1923'te Nobel Ödülü'nü aldığına ilişkin sunumundan şu sonuca varıyor:
Bir damlacığı, tek başına yerçekimi etkisi altında veya 6000 volt/cm'lik bir alan altında tam olarak aynı zamanda bir santimetre yol alacak şekilde tamamen boşaltmak mümkün oldu. Deneyi, sabit bir alan için her seferinde aynı minimum hızda damlacığın istendiği gibi yüklemek ve çoğaltmak mümkün oldu. Bu hızın tam iki katı, üç katı, dört katı vb. kısacası minimum hız sınırının bir tamsayı ve asla kesirli bir sayı değil. Böylece, bu deneyde, elektrik alanına duyarsız bir damlacık açıkça yüksüzdür ve radyasyonla iyonize edilirse, sabit ve düzgün bir alanda v1, 2v1, ... nicelenmiş hızlarda hareket eder (Vo'nun düzeltilmesinden sonra, düşme hızı olmadan düşme hızı). yerçekimi alanında bir elektrik alanı ve Arşimet itişini hesaba katarak). Bu, damlacığın yükünün yalnızca temel yükün e = 1,6 10 -19 coulomb'un bir tamsayısı olabileceğini cihazın basitliğiyle deneysel ve canlı bir şekilde gösterir .Basit bir modelleme durumunda, bir yağ damlası dört kuvvete maruz kalır:
Dinamiklerinin temel ilkesi , bir dikey eksen üzerinde çıkıntı böylece yazılıdır:
Başlangıç hızının sıfır olduğu varsayıldığında, denklemin çözümü şunları verir:
Zaman sabiti belirledik . Bu çok düşük bir büyüklük sırasına sahiptir, bu nedenle kararlı duruma anında ulaşıldığını varsayabiliriz.
Başka bir deyişle, damlacık artık değere sahip zamana bağlı olmayan bir hız sınırına çok hızlı bir şekilde ulaşır:
Sıfır alanındaki hız olsun . sonra yeniden yazabiliriz
Damlacık yükü farklı yöntemlerle ölçülebilir .
Bu yöntemde ölçüm iki adımda yapılır.
Pratikte, yağ damlasını harekete geçiren Brownian hareketi nedeniyle kuvvetler dengesini gözlemlemek zordur . Bu hareket özellikle düşük hızda hassas olduğu için aşağıdaki yöntemde olduğu gibi yüksek hızda çalışmak daha ilgi çekicidir.
Bu yöntemde, alanın genliği sabit tutulur ve kapasitörün polaritesi, elektrik kuvveti yukarı ve sonra aşağı doğru yönlendirilecek şekilde değiştirilir.
(1)
(2)
bu nedenle 2 ila 1 çıkarılarak ya da bu nedenle 1 ve 2 ekleyerek Ayrıca sahip dolayısıyla
Millikan bugün bildiğimizden daha düşük bir e değeri bulmuştu . Yirmi yıldan fazla bir süre sonra, havanın viskozitesi için yanlış bir değer kullandığını anlayabiliyorduk. Gerçekten de öğrencilerinden birine hesap ettirdiği bir sonucu kullanmıştı. Ancak bu arada, Millikan deneyini tekrarlayan birçok bilim insanı, kendilerini bu kadar adım adım bulduklarına şaşırdılar ve görünüşe göre, Millikan'ın değerine yaklaşmak için sonuçlarını biraz manipüle ettiler. Tarafından Bu konuşma Richard Feynman bir mezuniyet konuşması sırasında Caltech içinde 1974 fenomen açıklıyor:
“Kişisel deneyimlerden, nasıl yanlış yönlendirilebileceğimiz konusunda çok şey öğrendik. Örnek: Millikan, yağ damlaları ile yaptığı bir deneyle elektronun yükünü ölçtü ve bugün tam olarak doğru olmadığını bildiğimiz bir rakam elde etti. Yanlış bir hava viskozite değeri kullandığı için değer biraz düşüktü. Millikan'ın ardından çıkan sonuçları incelemek aydınlatıcıdır. Elde edilen değerleri bulundukları tarihe göre çizersek, Millikan'dan sonraki deneyin Millikan'ın bulduğundan biraz daha yüksek bir değer verdiğini ve bir sonrakinin biraz daha yüksek bir değer verdiğini fark ederiz. , yavaş yavaş çok daha yüksek bir değere ulaşana kadar.
Ama neden doğru değeri erkenden bulamadılar? Bilim adamları bu hikayenin altından utanıyorlar çünkü öyle görünüyor ki, Millikan'ınkinden çok daha yüksek bir değer aldıklarında, bir hata olmalı diye düşündüler ve anlamaya çalıştılar, yanlış gitmiş olabilir. Ve Millikan'ınkine yakın bir değer bulunca da soru sormadılar. Böylece aşırı ofset değerlerini ortadan kaldırdılar. Bugünlerde bu küçük hileleri biliyoruz ve buna karşı bağışıklığımız olduğunu biliyoruz. "