DENEY: 1911 yılında Robert A. MILLIKAN (1868-1953; 1923’de Nobel Ödülü), doğada yüklerin belirli bir değerde bulunduğunu yağ tanecikleri ile yaptığı deneyde belirlemiştir.

Millikan cihazı

Kondansatörün iki levhası arasına Şekil 2’de görüldüğü gibi, sürtünme veya radyoaktif bir madde sayesinde kısmen elektrik yüklenmiş yağ tanecikleri bırakılmış ve hareketleri bir mikroskop yardımıyla gözlenmiştir.

Millikan cihazında kondansatör levhaları, b) Şematik olarak kondansatör levhaları

Yağ taneciklerinin hareket ettiği bölgenin arka cephesini karanlık yapıp, tanecikleri aydınlattığımızda tanecikler aydınlık noktalar olarak Şekil 3’de görüldüğü gibi belireceklerdir.

Yağ taneciklerinin mikroskoptaki görüntüsü

Kondansatör levhaları arasına gerilim uygulandığında, levhaların artı (+) veya eksi (-) kutuplanmalarına bağlı olarak yağ tanecikleri düzgün azalarak v1 veya düzgün artarak v2 hızlarıyla hareket ederler. Bu iki hız; tanecikler üzerine etkiyen kuvvetlerin denge anına ulaştığındaki nokta ile hareketin bitiş noktalarını bir mikroskop yardımıyla belirleyip, bu mesafeyi bunun için gerekli zamana bölünerek hesaplanabilir.
Yağ taneciklerinin hareketini; elektrik alanı, yerçekimi kuvveti ve (Stokes) sürtünme kuvvetleri belirler. Elektrik alanı nedeniyle yağ tanecikleri üzerine FE kuvveti etki eder:

FE = Q E = Q U/ d (1)

Yerçekiminin etkisiyle oluşan FG kuvveti ise

FG = m g = (4/3) r3 ρ g (2)

denklemiyle elde edilir. Burada r taneciğin yarıçapı, ρ yoğunluğu, g ise yerçekimi ivmesidir.
Yağ tanecikleri havası alınmış bir ortam yerine, akışkanlığı olan havada hareket ettiği için, hava tarafından tanecik üzerine etki eden FS (Stokes) sürtünme kuvvetinin değerini

FS = 6 r v (3)

denklemi verir. Denklemde v, taneciğin denge anındaki hızıdır. Bu kuvvet sürtünme kuvveti olduğundan, hareket yönüne terstir ve hareketi durdurucu bir etkisi vardır.

Her üç kuvvetin etkisinde kalan tanecikler, kuvvetlerin yönüne bağlı olarak belirli bir denge durumuna erişirler ve hareketlerine levhaların artı (+) veya eksi (-) kutuplanmalarına göre, sabit bir azalma ile veya artmayla devam ederler (Şekil 4).


Şekil 4. Yağ taneciklerinin kondansatör levhalarının kutuplanmasına bağlı hareketleri

Denge durumundaki düzgün azalma veya düzgün artma hareketleri için, kuvvet eşitliği şöyle yazılır:

6 r v1 = Q E + (4/3) r3 ρ g (düzgün azalan hareket için) (4)
6 r v2 = Q E - (4/3) r3 ρ g (düzgün artan hareket için) (5)

(4) ve (5) eşitliklerinden, v1 ve v2 hızları için
v1 =Q E + ((4/3) r3 ρ g) / (6 r) (6)
v1 =Q E- ((4/3) r3 ρ g) / (6 r ) (7)

denklemleri elde edilir. Bu eşitlikler sayesinde taneciklerin yükleri için aşağıdaki denklem

Q = (9/2) (v1 + v2) / E (

elde edilir. Böylece; U, v1, v2 değerlerini deneyde ölçerek, , ρ ve g sabitlerini de kullanarak yağ taneciklerinin yüklerini hesaplarız.

Yağ tanecikleri ile yapılan yük ölçümlerinde yük değerleri belli bir sayının katları halinde çıkmaktadır. Bu sayı; - 1,60210 x 10-19 değerinde ve en küçük yük birimi (temel yük) diye adlandırılan bir sayıdır.
Elektronun en küçük yük birimine sahip olduğunu kabul edersek, buradan elektronun yükünün
e = - 1,60210 x 10-19 C (9)
olduğu sonucuna ulaşılabilir. Yükün birimi Coulomb’dur ve C ile gösterilir.

Paylaşım İçin teşekkürler

teşekkürler..

teşekkürler