University of Chicago (Norsk)
På November 30, 2006, som en del av sin Historiske Steder initiativ, American Physical Society presentert en plakett til Universitetet i Chicago for å hedre Robert A. Millikan., Millikan mottok Nobels Fredspris i 1923 i anerkjennelse av to store prestasjoner: måling av belastning av elektron i sitt berømte olje-slipp-eksperimentet (se «Denne Måneden i Fysikk Historie,» APS Nyheter, August/September 2006), og bekrefter Einstein»s prediksjon av forholdet mellom lys frekvens og elektron energi i den fotoelektriske effekten, et fenomen som elektroner avgis fra saken etter absorpsjon av energi fra elektromagnetisk stråling, for eksempel røntgen eller synlig lys.,
Den rådende teorien i slutten av det 19. århundre av hvordan avgiften ble produsert, holdt denne kostnaden var en type «belastning på eter,» noe som kan vokse eller krympe uten restriksjoner. Faraday ‘ s lover elektrolyse, som ble oppdaget rundt 1840, ga sterke bevis for kvantisering av kostnad, men Faraday aldri støttet ideen. Han og de fleste fysikere på den tiden mente at lade, som masse, var en uendelig delelig kvantitet.
Men i 1897 ble det innsett at katoden stråler faktisk var små ladede partikler, kalt «corpuscles» etter sin oppdager, J. J., Thomson av Cambridge University, og som nå kalles elektroner. Ved å bøye elektroner i elektriske og magnetiske felt, etterforskere kunne fortelle at de var negativt ladet, og at forholdet mellom kostnad for masse, e/m, var den samme for alle elektroner, og ca 1700 ganger større enn for ionisert hydrogen atom. Thomson trodde dette var fordi belastningen var den samme, men massen var noen 1700 ganger mindre., Måling av belastning på skyer av vanndråper i en sky kammer, han og hans medarbeidere var i stand til å bestemme at gebyret på elektron, eller minst en gjennomsnittlig kostnad på elektronene i en sky, var omtrent 10-19 Coulombs (de Coulomb er enheten som kostnad i det metriske systemet). Dette var konsistent med hypotesen om at avgift på elektron var det samme som det som ble funnet i hydrogen.,
I 1906, Millikan begynte eksperimenter ved Universitetet i Chicago for å forsøke å måle individuell electron avgifter, og med mye større nøyaktighet enn Thomson og co-arbeidere hadde vært i stand til å oppnå. En av de store forbedringene var bruken av olje synker i stedet for skyen av vanndråper som Thomson brukt. I Millikan er apparatet, vanndråper ville ha raskt fordampet, mens enkelte dråper olje kan bli studert i lang tid. Millikan er student Harvey Fletcher spilte en viktig rolle i implementering av denne forbedringen.,
Millikan satt opp et par parallelle å gjennomføre plater horisontalt, den ene over den andre, med et stort elektrisk felt mellom dem som kan justeres. En fin tåke av olje ble sprøytet inn i et kammer over platene. Mange av dråper ville blitt negativt ladet som de plukket opp noen små, ukjent antall elektroner som de gikk gjennom dysen. Noen av de synker deretter falt gjennom et hull i toppen platen og drev i regionen mellom de to parallelle plater. Opplyst fra siden av et intenst lys, disse faller glinset når området ble sett gjennom et mikroskop.,
Med det elektriske feltet slått av, Millikan kunne observere en fallende slippe og måle sin terminal velocity. Denne målingen ga ham radius av fallet, og siden han visste tetthet, han kunne bestemme massen. Han kunne da slå på det elektriske feltet, og juster den slik at elektrisk kraft bare nøyaktig balansert tyngdekraften på drop. Å vite styrken av feltet og masse av å slippe, han kunne beregne den eneste ukjente, at belastningen på drop., Denne målingen ble gjentatt mange ganger, og ofte er de samme slippe ville få lov til å stige og falle i apparatet igjen og igjen, så det tok seg opp og kaste elektroner.
Arbeide med Fletcher, Millikan viste at ansvaret for dråpene var alltid et heltall flere av 1.592 x10-19C, den grunnleggende enhet kostnad. I dag er akseptert verdi er 1.602×10-19C. Han publiserte sine resultater i 1913.
I 1915, Millikan eksperimentelt verifisert Einstein»s all-viktig fotoelektriske ligning, og laget den første direkte fotoelektrisk fastsettelse av Planck’ s konstant h., Einsteins 1905 papir foreslås en enkel beskrivelse av «lys quanta» eller fotoner, og viste hvordan de forklarte den fotoelektriske effekt. Ved å anta at lyset faktisk besto av diskrete energi pakker, Einstein foreslo en lineær sammenheng mellom den maksimale energien til elektroner ut fra en overflate, og hyppigheten av hendelsen lys. Skråningen av linjen var plancks konstant, innført 5 år tidligere av Planck. Millikan var overbevist om at ligningen måtte være feil, på grunn av den enorme mengde bevis som allerede hadde vist at lyset var en bølge., Hvis Einstein var riktig, hans ligning for fotoelektrisk effekt foreslått en helt annen måte å måle Planck ‘ s konstant.
Millikan foretok et tiår lange eksperimentelle programmet for å teste Einstein»s teori ved nøye måling av fotoelektrisk effekt, og selv utviklet teknikker for å skrape rent metall overflater inne i vakuum rør som trengs for en uberørt eksperiment.
For alle hans anstrengelser Millikan funnet det for ham var skuffende resultater: han bekreftet Einstein»s spådommer i hver minste detalj -, måle-Planck’ s konstant innenfor 0.5% av hans metode., Men Millikan ikke var overbevist om Einstein»s radikal tolkning, og så sent som i 1916 skrev han, «Einstein»s fotoelektriske ligning… kan ikke i min dom ses på i dag som hviler på noen form for en tilfredsstillende teoretisk fundament,» selv om «det faktisk representerer svært nøyaktig oppførsel» av fotoelektrisk effekt. Han mottok Nobels Fredspris i en del for denne oppdagelsen likevel.
Millikan er fortsatt i dag best kjent for sin berømte olje slippe eksperimenter, og lavere fysikk studenter fortsette å replikere denne strenge måling.