University of Chicago (Polski)
w dniu 30 listopada 2006 roku, w ramach inicjatywy na rzecz miejsc historycznych, American Physical Society zaprezentowało na Uniwersytecie w Chicago tablicę ku czci Roberta A. Millikana., Millikan otrzymał Nagrodę Nobla w 1923 roku w uznaniu dwóch głównych osiągnięć: pomiaru ładunku elektronu w jego słynnym eksperymencie kropli oleju (patrz „Ten miesiąc w historii fizyki”, APS News, sierpień/wrzesień 2006) i weryfikacji przewidywań Einsteina dotyczących związku między częstotliwością światła a energią elektronów w efekcie fotoelektrycznym, zjawisku, w którym elektrony są emitowane z materii po absorpcji energii promieniowania elektromagnetycznego, takiego jak promieniowanie rentgenowskie lub światło widzialne.,
Dominująca pod koniec XIX wieku teoria, w jaki sposób wytwarzano ładunek, utrzymywała, że ładunek był rodzajem „obciążenia eterem”, czymś, co mogło rosnąć lub kurczyć się bez ograniczeń. Prawa elektrolizy Faradaya, które zostały odkryte około 1840 roku, dostarczyły mocnych dowodów na kwantyzację ładunku, ale Faraday nigdy nie popierał tego pomysłu. On i większość ówczesnych fizyków uważali, że ładunek, podobnie jak masa, jest nieskończenie podzielną wielkością.
ale w 1897 roku zdano sobie sprawę, że promienie katodowe są w rzeczywistości małymi naładowanymi cząstkami, nazwanymi „ciałami” przez ich odkrywcę, J. J., Thomson z Uniwersytetu Cambridge, a obecnie nazywany elektronami. Dzięki wyginaniu elektronów w polu elektrycznym i magnetycznym badacze mogli stwierdzić, że były one naładowane ujemnie i że stosunek ładunku do masy, e/m, był taki sam dla wszystkich elektronów i około 1700 razy większy niż dla zjonizowanego atomu wodoru. Thomson uważał, że to dlatego, że ładunek był taki sam, ale masa była około 1700 razy mniejsza., Mierząc ładunek na chmurze kropelek wody w komorze chmur, on i jego współpracownicy byli w stanie określić, że ładunek na elektron, lub przynajmniej średni ładunek na elektrony w chmurze, był w przybliżeniu 10-19 Coulomb (Coulomb jest jednostką ładunku w systemie metrycznym). Było to zgodne z jego hipotezą, że ładunek elektronu jest taki sam jak w wodorze.,
w 1906 roku Millikan rozpoczął eksperymenty na Uniwersytecie Chicagowskim, mające na celu pomiar pojedynczych ładunków elektronowych, z dużo większą dokładnością niż Thomson i współpracownicy byli w stanie osiągnąć. Jednym z wielkich ulepszeń było użycie kropli oleju zamiast chmury kropli wody, której używał Thomson. W aparacie Millikana krople wody szybko odparowywałyby, podczas gdy pojedyncze krople oleju mogły być badane przez długi czas. Uczeń millikana, Harvey Fletcher, odegrał ważną rolę we wdrażaniu tego ulepszenia.,
Millikan ustawił parę równoległych płyt przewodzących w poziomie, jedna nad drugą, z dużym polem elektrycznym między nimi, które można regulować. Drobna mgiełka oleju została rozpylona do komory nad płytami. Wiele kropel stanie się ujemnie naładowanych, gdy podniosą niewielką, nieznaną liczbę elektronów podczas przechodzenia przez dyszę. Niektóre krople spadły następnie przez otwór w górnej płycie i dryfowały w obszarze między dwoma równoległymi płytami. Oświetlone z boku intensywnym światłem krople błyszczały, gdy obszar był oglądany przez mikroskop.,
przy wyłączonym polu elektrycznym, Millikan mógł obserwować spadającą kroplę i mierzyć jej prędkość końcową. Ten pomiar dał mu promień kropli, a ponieważ znał gęstość, mógł określić masę. Mógł następnie włączyć pole elektryczne i wyregulować je tak, aby siła elektryczna dokładnie zrównoważyła siłę grawitacji na kropli. Znając siłę pola i masę kropli, mógł obliczyć jedyną nieznaną, ładunek na kropli., Pomiar ten był powtarzany wiele razy i często ta sama kropla mogła wzrastać i spadać w aparacie raz po raz, ponieważ podnosiła i wyrzucała elektrony.
współpracując z Fletcherem, Millikan wykazał, że ładunek kropelek zawsze był wielokrotnością liczby całkowitej 1.592 x10-19c, podstawową jednostką ładunku. Dziś przyjęta wartość to 1. 602×10-19C. swoje wyniki opublikował w 1913 roku.
w 1915 roku Millikan eksperymentalnie zweryfikował równanie fotoelektryczne Einsteina i dokonał pierwszego bezpośredniego fotoelektrycznego wyznaczenia stałej Plancka H., W pracy Einsteina z 1905 roku zaproponowano prosty opis „kwantów światła”, czyli fotonów i pokazano, w jaki sposób wyjaśniono efekt fotoelektryczny. Zakładając, że światło faktycznie składa się z dyskretnych pakietów energetycznych, Einstein zaproponował liniową zależność między maksymalną energią elektronów wyrzucanych z powierzchni, a częstotliwością padającego światła. Nachylenie linii było stałą Plancka, wprowadzoną 5 lat wcześniej przez Plancka. Millikan był przekonany, że równanie musi być błędne, z powodu ogromnego materiału dowodowego, który już pokazał, że światło jest falą., Jeśli Einstein miał rację, jego równanie dla efektu fotoelektrycznego sugerowało zupełnie inny sposób pomiaru stałej Plancka.
Millikan podjął się dziesięcioletniego programu eksperymentalnego, aby przetestować teorię Einsteina poprzez dokładny pomiar efektu fotoelektrycznego, a nawet opracował techniki skrobania czystych metalowych powierzchni wewnątrz rury próżniowej potrzebne do nieskażonego eksperymentu.
za wszystkie wysiłki Millikan znalazł to, co dla niego były rozczarowujące wyniki: potwierdził przewidywania Einsteina w każdym szczególe, mierząc stałą Plancka do 0,5% za pomocą swojej metody., Ale Millikan nie był przekonany o radykalnej interpretacji Einsteina i już w 1916 roku napisał „równanie fotoelektryczne Einsteina”… w mojej ocenie nie można obecnie uznać, że opiera się na jakimkolwiek zadowalającym fundamencie teoretycznym,” chociaż „w rzeczywistości bardzo dokładnie przedstawia zachowanie” efektu fotoelektrycznego. Za to odkrycie otrzymał częściowo Nagrodę Nobla.
Millikan jest do dziś znany ze swoich słynnych eksperymentów z kroplami oleju.studenci fizyki kontynuują ten rygorystyczny pomiar.