University of Chicago
den 30.November 2006 præsenterede American Physical Society som en del af sit initiativ for historiske steder en plakat til University of Chicago for at ære Robert A. Millikan., Millikan modtog Nobelprisen i 1923 i anerkendelse af to vigtige resultater: at måle ladningen af en elektron i sit berømte olie-drop forsøget (se “Denne Måned i Fysik Historie,” APS, Nyheder, August/September 2006), og kontrollere Einstein”s forudsigelse af forholdet mellem lys frekvens og elektron-energi i den fotoelektriske effekt, et fænomen, hvor elektroner, der udsendes fra spørgsmål efter optagelse af energi fra elektromagnetisk stråling, såsom x-stråler eller synligt lys.,
den fremherskende teori i slutningen af det 19.århundrede om, hvordan charge blev produceret, fandt, at charge var en type “belastning på æteren”, noget der kunne vokse eller krympe uden begrænsninger. Faradays elektrolyselove, som blev opdaget omkring 1840, gav stærke beviser for kvantiseringen af ladning, men Faraday støttede aldrig ideen. Han og de fleste fysikere på det tidspunkt troede, at ladning, som Masse, var en uendelig delelig mængde.
men i 1897 blev det indset, at katodestråler faktisk var små ladede partikler, kaldet “blodlegemer” af deres opdager, J. J., Thomson fra Cambridge University, og nu kaldet elektroner. Ved at bøje elektroner i elektriske og magnetiske felter, efterforskere kunne fortælle, at de var negativt ladede, og at forholdet mellem ladning og masse, e/m, var det samme for alle elektroner, og omkring 1700 gange større end for ioniseret brint atom. Thomson mente, at dette skyldtes, at afgiften var den samme, men massen var omkring 1700 gange mindre., Måling af ladningen på skyer af vanddråber i et skykammer kunne han og hans samarbejdspartnere bestemme, at ladningen på elektronen, eller i det mindste den gennemsnitlige ladning på elektronerne i en sky, var omtrent 10-19 Coulombs (Coulomb er ladningsenheden i det metriske system). Dette var i overensstemmelse med hans hypotese om, at ladningen på elektronen var den samme som den, der findes i brint.,
i 1906 begyndte Millikan eksperimenter på University of Chicago for at forsøge at måle individuelle elektronladninger og med meget større nøjagtighed end Thomson og kolleger havde været i stand til at opnå. En af de store forbedringer var brugen af oliedråber i stedet for skyen af vanddråber, som Thomson brugte. I Millikans apparat ville vanddråberne hurtigt have fordampet, mens individuelle oliedråber kunne studeres i lang tid. Millikans studerende Harvey Fletcher spillede en vigtig rolle i gennemførelsen af denne forbedring.,
Millikan oprette et par parallelle ledende plader vandret, den ene over den anden, med et stort elektrisk felt mellem dem, der kunne justeres. En fin tåge olie blev sprøjtet ind i et kammer over pladerne. Mange af dråberne ville blive negativt ladede, da de hentede et lille, ukendt antal elektroner, da de passerede gennem dysen. Nogle af dråberne faldt derefter gennem et hul i toppladen og drev ind i området mellem de to parallelle plader. Tændt fra siden af et intenst lys skinnede disse dråber, da regionen blev set gennem et mikroskop.,
Når det elektriske felt er slukket, kunne Millikan observere et faldende fald og måle dets terminalhastighed. Denne måling gav ham dråbens radius, og da han kendte tætheden, kunne han bestemme massen. Han kunne derefter tænde for det elektriske felt og justere det, så den elektriske kraft netop afbalancerede tyngdekraften på dråben. Kendskab til styrken af feltet og massen af dråben, kunne han beregne den eneste ukendte, ladningen på dråben., Denne måling blev gentaget mange gange, og ofte ville det samme fald få lov til at stige og falde i apparatet igen og igen, da det tog op og udgød elektroner.
arbejde med Fletcher viste Millikan, at ladningen af dråberne altid var et helt tal multiplum af 1.592 .10-19C, den grundlæggende ladningsenhed. I dag er den accepterede værdi 1.602 .10-19C. han offentliggjorde sine resultater i 1913.
i 1915 Millikan eksperimentelt verificeret Einsteins all-vigtige fotoelektriske ligning, og gjorde den første direkte fotoelektriske bestemmelse af Planck”s konstant h., Einsteins 1905-papir foreslog den enkle beskrivelse af” lyskvanta ” eller fotoner og viste, hvordan de forklarede den fotoelektriske effekt. Ved at antage, at lys faktisk bestod af diskrete energipakker, foreslog Einstein et lineært forhold mellem den maksimale energi af elektroner, der udstødes fra en overflade, og frekvensen af det indfaldende lys. Linjens hældning var Plancks konstant, introduceret 5 år tidligere af Planck. Millikan var overbevist om, at ligningen skulle være forkert på grund af den store mængde beviser, der allerede havde vist, at lys var en bølge., Hvis Einstein var korrekt, hans ligning for den fotoelektriske effekt foreslog en helt anden måde at måle Planck”s konstant.
Millikan påtog sig et årti-lange eksperimentelle program til at teste Einstein”s teori ved omhyggelig måling af den fotoelektriske effekt, og selv udtænkt teknikker til skrabning rense metaloverflader inde i vakuumrøret er nødvendige for en uforurenet eksperiment.
for alle hans indsats Millikan fundet, hvad han var skuffende resultater: han bekræftede Einsteins forudsigelser i alle detaljer, måling Planck konstant til inden 0,5% af hans metode., Men Millikan var ikke overbevist om Einsteins radikale fortolkning, og så sent som 1916 skrev han,”Einsteins fotoelektriske ligning… kan efter min mening ikke i øjeblikket betragtes som hviler på nogen form for et tilfredsstillende teoretisk fundament,” selvom “det faktisk repræsenterer meget nøjagtigt adfærden” af den fotoelektriske effekt. Han modtog Nobelprisen delvis for denne opdagelse alligevel.
Millikan er stadig kendt i dag bedst for sine berømte oliedråbeeksperimenter, og bachelorfysikstuderende fortsætter med at gentage denne strenge måling.