ЧАСТ I. УПРАЖНЕНИЯ

Упражнение 1. Определяне елементарния електричен заряд по метода на Миликан

Цел на упражнението

Цел на настоящето упражнение е експерименталното определяне на електричния заряд на електрона, като се използва идеята на класическия опит на Миликан.

Теоретични бележки

Квантуването на електричния заряд означава съществуване на елементарен (най-малък) електричен заряд, равен на заряда на електрона (е = 1,6.10¹⁹ С), и това е доказано експериментално от Миликан през 1909 г. В първоначалните опити той използва откритото по това време явление кондензация на водни пари върху газови йони, послужило за създаване и на мъглинната (Уилсънова) камера, с която най-напред са наблюдавани траекториите на заредени частици. В опита на Миликан се използват заредени капчици и се определя скоростта на дадена капчица под действие на гравитацията. След това се наблюдава движението на същата заредена капчица между плочите на плосък кондензатор под действие на електричното поле .

Ако една заредена капка попадне във вътрешността на хоризонтално разположен плосък кондензатор, на който е подадено постоянно напрежение, върху нея ще действат четири сили: електростатичната сила , силата на земното притегляне , силата на Архимед и силата на съпротивление на въздуха при движението на капката , която за сферични тела с много малки размери се определя от формулата на Стокс , където r и са съответно радиусът и скоростта на капката, а вискозитетът на въздуха. Силата на Стокс винаги е насочена обратно на скоростта на частицата , тъй като е съпротивителна сила.

При отсъствие на електрично поле (= 0) капката се движи надолу и силата на Стокс е насочена противоположно на силата на теглото :

(1) или ,

където g е земното ускорение, а и ₀ са плътностите на капката и на въздуха съответно. Оттук за радиуса на капката се получава