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Der Millikan-Versuch

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by

Alexander Kö

on 17 February 2016

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Transcript of Der Millikan-Versuch

Der Millikan-Versuch
Bestimmung der Elementarladung
Gliederung
Geschichte der Elementarladung
Robert Andrews Millikan
Versuchsaufbau
Grundlagen
Herleitung
Versuch
Quellen
Geschichte der Elementarladung
Benjamin Franklin
1750 ->Idee, dass elektrische Ladung durch bestimmte Teilchen hervorgerufen werden
1881 -> Teilchen sind Elektronen
Quellen
Bild:
http://www.scholastic.com/teachers/sites/default/files/promo_images/lesson_plan/portrait_bf.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a8/John_Sealy_Townsend.jpg
http://images.npg.org.uk/800_800/6/8/mw69468.jpg
http://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/MILLIKAN-Versuch_FR.svg
http://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/MILLIKAN-Versuch.png
Text:
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/ladungen-felder-oberstufe/geschichte-der-bestimmung-der-elementarladung (03.11.2015, 17 Uhr)
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/ladungen-felder-oberstufe/versuche (03.11.2015, 17 Uhr)
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/ladungen-felder-oberstufe#Elementarladung (03.11.2015, 18 Uhr)
http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/ (04.11.2015, 14 Uhr)
physik/online_material/e_lehre_2/millikan/millikan.htm (04.11.2015, 15 Uhr)
http://www.chemie.de/lexikon/Millikan-Versuch.html (04.11.2015, 15 Uhr)
http://www.abi-physik.de/buch/das-elektrische-feld/millikan-versuch/ (05.11.2015, 12 Uhr)
Physik Gymnasium (Sekundarbereich II) Schroedel Verlag, 2000 Hannover, F.Bader und F. Dorn (05.11,.2015, 12 Uhr), S. 28/29
Physik Oberstufe (Kursstufe Baden-Würtemberg) Cornelsen Verlag, 2010 Berlin, B. Diehl, R. Erb, S. 28 (05.11.2015, 12 Uhr)
Größe der Ladung bleibt unbekannt
Sir John Townsend
1897 -> Erster Versuch zur Messung der Ladung
Berechnung der Ladung eines einzelnen Ions
Versuch durch unsichere Annahmen und äußere Einflüsse stark beeinflusst und verfälscht
Sir Joseph John Thomson
Bestimmt spezifische Ladung von Elektronen und beweist den Teilchencharakter
Verbesserung des Versuchsaufbau und genauere Werte
Harold Wilson
Neuer Ansatz
Geschwindigkeit von ionisierten Wassertropfen messen

Wasser mit Zerstäuber zwischen zwei geladene Metallplatten sprühen
Erst Geschwindigkeit nur unter Einfluss der Gewichtskraft
Danach unter Einfluss der gravitations und elektrischer Feldkraft
Annahme:
Alle Teilchen mit gleicher Masse und Größe
+
Zusätzliches Problem der Verdunstung
Robert Andrews Millikan
Verbessert Versuch von Wilson:
Legt hohe Spannung am Plattenkondensator an
Verwendet Öltropfen
Stoppt Zeit durch Mikroskop (feste Markierung)
Durch Versuch und Stoks'sche Gesetz erhält er 1910 verbesserte Werte (Reibungsgesetz)
Ziel
(1868 - 1953)
Versuchsaufbau
1910-1917
Heute
1 Millikan-Kammer
2 Ölzerstäuber
3 Hochspannungsquelle
4 Lichtquelle
5 Mikroskop
6 Kamera
7 + 8 Stellmotor
Grundlagen
Spannungsquelle
U
+
-
Kräftegleichgewicht
Herleitung
Eingesetzte Gleichung:
Auflösen nach q
Stokes'sche Reibungskraft
Öltropfen als "zähes" Medium, dem stets eine Kraft F entgegenwirkt
Kraft wächst mit zunehmender Geschwindigkeit
(bis zu konst. Geschwindigkeit)







Tropfen bewegen sich nicht wie Kugeln durch Luftfront, sondern manövrieren zwischen den Luftmolkülen hindurch
Stöße führen zu Bremskräften
Korrektur durch Cunningham (1910)
Versuch
In der Simulation benutzte Größen und Daten
d = 6,00E-3 m
s = 5,33E-5 m
pρÖl = 875,3 kgm-3
pρLuft = 1,29 kgm-3
nηLuft = 1,81E-5 Nsm-2
A (CUNNINGHAM) = 6,25E-8 m
g = 9,81 ms-2

Schwebemethode
Steig-Sink-Methode
Alle elektrische Ladungen sind ganzzahlige Vielfache er Elementarladung
Elementarladung ist kleinstmögliche elektrische Ladung

Elementarladung eines Elektrons beträgt:




n = Anzahl der Skalenteile
m = Anzahl der Umpolvorgänge
Versuch
Öltropfen auf einer Höhe halten durch Veränderung der Spannung
Spannung ausschalten und Zeit und Weg beobachten
100
0
50
Aufgaben
1.
Hinweis: Kräftegleichgewicht
2.
a.
b.
Elektrische Ladung kommt nur als ganzzahliges Vielfache der Elementarladung vor
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