تجربة ميليكان وكيفية قياس مقدار شحنة الالكترون المنفرد

تجربة ميليكان والتى يطلق عليها تجربة قطرة الزيت تهدف الى قياس الشحنة الاولية اى مقدار شحنة الالكترون والتى اقامها العالم روبرت ميليكان فى عام 1909 م وسنتعرف على الجهاز الذى قام بصنعه لقياس مقدار الشحنة والذى يحتوى على زوج من الصفائح المعدنية الافقية المتوازية وفى هذه المقالة سوف نتعرف على معلومات عن ما قبل النظرية والعلماء اللذين سبقوا ميليكان وعن تجربة ميليكان وكل ما يتعلق بها.

 

تجربة ميليكان

ما قبل تجربة ميليكان

لم يكن هناك نموذج واضح للذرة وبنيتها حيث ان اغلب الفيزيائين كانو يعتقدون ان الذرة عبارة عن جسيم لا يمكن تجزئته عل الرغم من التجارب التى اجريت والتى قام بها الكثير من العلماء مثل بيكريل ومارى كورى والتى بثت الشك فى بنية الذرة واختلفت النطريات التى توصل اليها العلماء وكان اولها مع فاراداى الذى اثبت ان الشحنة مكماة وبعده ماكسويل الذى ايده فى الراى وقال ان الشحنة مثل الكتلة يمكن تجزئتها الى ما لا نهاية وفى عام 1891 اطلق العالم جورج ستوني اسم جديد وهو لالكترون ليدل على اقل مقدار للشحنة السالبة وبعدها تغير نظرة العلماء للامور وعرفو مقدار شحنة الالكترون انه جسيم يدور حول النواة ولكن فى تلك الفترة الافكار لم تكن واضحة فهى بلا دليل تجريبي كما انهم لا يعرفون هل الذرة تنقسم ام لا حتى جاء العالم الفيزيائى طومسون ليثبت لنا ان الاليكترون هو شحنه سالبة وقام بالعديد من التجارب ليثبت صحة نظرياته من خلال اشعة الكاثود وقد لاحظ ان الشعاع الضوئى فى انبوبة الكاثود تجاذبت مع الشحنة الموجبة وتنافرت مع الشحنة السالبة واثبت بذك ان الذرة هى كيان يحتوى على جسيمات اصغر بكثير وقام طومسون بحساب مقدار شحنة الالكترون بالنسبة الى كتلته ولكنه لم يستطع حسابها منفرده لذا جاء ميليكان بفكرة رائعه لحساب مقدار الشحنة منفردة وسوف ندرس تجربة ميليكان لحساب شحنة الالكترون .

 

تجربة ميليكان لحساب شحنة الالكترون

قام بالتجربة العالم روبرت ميليكان

الهدف من التجربة :

حساب شحنة الالكترون منفرد كما انه استطاع ان يثبت ان الالكترون المنفرد لا يمكن ان يحمل شحنة اصغر منها

فكرة التجربة :

  • قام العالم روبرت بشحن قطرة زيت صغيرة وقام بقياس مقدار المجال الكهربائي الذى يستطيع ان يوقف سقوط هذه القطرة واستطاع حساب كتلة قطرة الزيت ومقدار قوة الجاذبية بالقانون الاتى ( قوة الجاذبية = الكتلة * تسارع الجاذبية الارضية ) من هنا استطاع حساب شحنة قطرة الزيت.
  • لاحظ العالم ان الشحنة هى دائما مضاعفات العدد -1.6×10-19 كولوم وهى بالفعل اقل شحنة وجدها.
  • اثبت بذلك ان الالكترون يحمل شحنة لا يمكن الحصول على جزء منها دون الاخر.

كيفية عمل التجربة :

استطاع العالم روبورت تصميم جهاز لقياس شحنة الالكترون المنفرد فقد صمم بخاخ يقوم بضخ قطرات الزيت داخل الغرفة وبهذه الطريقة تتمكن جزيئات الزيت من العبور من خلال فتحة صغيرة تفصل الغرفة العلوية عن السفلية وترك العالم بعض القطرات تنزل الى الغرفة السفلية لتتحرك نحو الاسفل بتأثير الاذبية ولكنها توقفت بعد مدة قصيرة نظرا لانها وصلت الى السرعة الحدية وهذا اجبرها على التوقف وتمكن ميليكان حساب كتلة كل قطرة زيت .

كيف تم حساب كتلة قطرة الزيت

  1. قام بحساب قوة الطفو او العمو التى واجهتها القطرة اثناء مقاومتها للهواء من خلال قانون ستوك.
  2. تمكن من حساب السرعة الحدية وحساب كتلة كل قطرة زيت من خلال صيغة معادلات عالية المستوى.
  3. يعد ما تمكن العالم من قياس كتلة قطرات الزيت فى الغرفة السفلية قام بعد ذلك بشحنها من خلال تعريضها لاشعة اكس.
  4. تعرضت جزيئات الهواء للتأين وفقدت الكترونات وهذا شجع زيئات قطرات الزيت على اخذ الكترونات اضافية واصبحت سالبة الشحنة.
  5. قام العالم العظيم بتوصل لوحى الجهاز العلوى والسفلى ببطارية وتولد فرق جهد بين اللوحين.
  6. تأثرت قطرات الزيت المشحونة والمعلقة فى الغرفة السفية بالمجال الكهربي المتولد بين اللوحين.
  7. بعد ما شحنت قطرات الزيت بشحنة سالبة فانها سوف تسير بعكس اتجاه المجال الكهربي المتولد.
  8. قام العالم بتوصيل اللوح العلوى بطرف البطارية الموجب والسفلى بالطرف السالب حتى يتولد مجال يجبر الالكترون السالب على الحركة لاعلي.
  9. تسقط قطرة الزيت بسرعه بتأثير الجاذبية الارضية ولكنها توقفت من السقوط نتيجة لان مقاومة الهواء تزداد بزيادة السرعه وتصل الى السرعه الحدية.
  10. عرض ميليكان الغرفة لاشعه اكس لان جزيئات الزيت متعادلة.
  11. عملة الاشعة على تأين الهواء وفقد بعض الكتروناته وحفز الجزيئات المتعادلة على اكتساب تلك الالكترونات فاصبحت سالبة.
  12. عندما شحنت الغرفة تولد فرق جهد وأثر المجال الكهربائي على قطرات الزيت واتجه المجال من اعلى الى اسفل اما قطرات الزيت فتحركت من اسفل الى اعلى لانها تحمل شحنات سالبة.
  13. نشأ قوتين متضادتين وهى فوة المجال الكهربائي وقوة الجاذبية.
  14. ستتحرك قطرة الزيت نحو الاعلى حتى تتساوى قوة المجال الكهربائي وقوة الجاذبية وهنا ستظل قطرة الزيت معلقة.
  15. سيتم حساب قوة الجاذبية الارضية من حاصر ضرب الكتلة فى تسارع الجاذبية الارضية وسنتمكن من قياس المجال الكهربائي من حاصل ضرب مقدار الشحنة فى المجال الكهربائى.
  16. لاحظ العالم بعد دراسة البيانات ان قطرات الزيت كانت تحمل دائما مضاعفات العدد -1.6×10-19 كولوم وتمكن من حساب شحنة الالكترون من خلال مقدار الشحنة = ن× شحنة الإليكترون والتى تمثل عدد صحيح .

 

شاهد أيضاً

تجربة تعيين درجة انصهار الشمع

تجربة تعيين درجة انصهار الشمع

تعرف درجة الانصهار لمادة على انها الدرجة التى يكون فيها الصلب والسائل فى حالة من …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *