Physik, Millilan-Versuch, Leitfäden, Projektarbeiten und Recherchen von Physik

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Millikan-Versuch

Wie kann man ein Öltröpfchen zum Schweben bringen?

Und was hat die Elementarladung damit zu tun?

Gliederung

1. Millikan-Versuch

1.1 Aufbau

1.2 Wirkende Kräfte

1.3 Durchführung

1.4 Simulation

1.5 Beobachtung

1.6 Auswertung

1.7 Vorherige Versuche

2. Fazit

3. Quellen

1.2 Wirkende Kräfte

• Gewichtskraft <-> Auftriebskraft F G =m*g F A = ρ Luft Vg m: Masse Öltröpfchen ρ Luft =Dichte von Luft ->? -> 1,29 kg/m³ g: Gravitation V: Volumen Kugel -> 9,81 m/s² -> V= -> r: Radius Öltröpfchen ->?

1.2 Wirkende Kräfte

• Gewichtskraft <-> Auftriebskraft F G =m*g F A = ρ Luft * *g

m: Masse Öltröpfchen -> r?

-> m= ρ *V -> ρ Öl : Dichte Öl -> 875,3 kg/m³ => reduzierte Gewichtskraft F G‘ =F G -F A -> F G‘ = ρ‘ **g -> ρ‘ = ρ Öl - ρ Luft

1.2 Wirkende Kräfte

• Stokes‘sche Reibungskraft
  • Reibung auf umströmte Kugel
  • wirkt entgegen der Geschwindigkeit
  • wächst mit Geschwindigkeit bis umströmter Körper konstante Geschwindigkeit erreicht

=> F R =6𝜋 ƞ rv

-> ƞ („eta“): Zähigkeit Luft, r : Radius, v: Geschwindigkeit

-> 1,204 kg/m ³ ->? -> v= -> messbar!

1.3 Durchführung

1. Anschließen des Plattenkondensator an elektrische Quelle
2. Anschalten der Beleuchtung des Mikroskops
3. Spannung anschalten
4. mit Hilfe des Ölzerstäubers Öltröpfchen ins Feld sprühen
5. langsame Hochregelung der Spannung

1.4 Simulation

https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/ladungen-elektrisches-feld/versuche/millikan-versuch-schwe be-fall-methode-simulation

• (^) Spannung aus: Bewegung der Öltröpfchen in gleiche Richtung
• Spannung an: Bewegung nach Ladung zur positiven oder negativen Platte hin -> Abstoßung gleichnamiger Ladungen, Anziehung ungleichnamiger
• bei uns: Öltröpfchen bei Erhöhung der Spannung zur positiv geladenen Platte hingezogen, d.h. es ist negativ geladen

1.5 Beobachtung

• Brown‘sche Molekularbewegung: Zitterbewegung von Molekülen wegen Anstoßen mit anderen Molekülen hier: Anstoßen der Öltröpfchen mit Luftmolekülen -> exakter Schwebzustand kann nicht erreicht werden millikan-tabellenblatt_01.xls => Quantelung der elektrischen Ladung -> e als Vielfaches

1.6 Auswertung

1.6 Auswertung

• reduzierte GewichtskraftF G‘ =F G -F A -> F G‘ = ρ‘ **g -> ρ‘ = ρ Öl – ρ Luft
• (^) elektrische Kraft F el =q*
• (^) Stokes‘sche Reibungskraft F R =6𝜋 ƞ * r *v -> v=

1.6 Auswertung

2. Kräftegleichgewicht beim Fall:

F

G‘

=F

R ρ‘ g = 6𝜋 ƞ * r *v | : ( ρ‘ * r *g)

r² = 9* ƞ *v | Wurzel ziehen

2* ρ‘ *g

r =

1.6 Auswertung

3. Einsetzen von Gleichung r in Gleichung q, um Ladung q auszurechnen:

ρ‘ *gd

U

q= [C/As]

millikan-tabellenblatt_01.xls

-> erhielt Ladung eines einzelnen Ions -> Fehler: - Annahme, dass jedes Ion einfach geladen ist und Wasser an sich bindet => weder experimentell noch theoretisch bestätigt

• Verdunstung von Wasser => dennoch war nun ungefähre Größe bekannt: 1,0*10^-19 As
• 1897: Beweis des Teilchencharakters; Bestimmung spezifischer Ladung
• Verbesserung des Versuchsaufbaus => nach 2. Messung: 2,2*10^-19 As

1.7 Vorherige Versuche

• 1903: Wassertröpfchen ionisiert auf geladene Metallplatten gesprüht -> Messung und Berechnung der Geschwindigkeit ionisierter Wassertröpfchen unter Beachtung der Gravitation und der elektrischen Feldkraft -> Fehler: - Wasserverdunstung - Annahme: Größe und Masse aller Teilchen sind gleich => Werte zwischen 0,66 und 1,47*10^-19 As
• 1909: Verbesserungen von Millikan ->1,63*10^-19 As
  • 1917: weitere Verbesserungen -> Endwert: 1,59*10^-19 As

1.7 Vorherige Versuche