University of Chicago (Svenska)
Den 30 November 2006, som en del av sin Historiska Platser initiativ, American Physical Society presenteras en plakett till Universitetet i Chicago, för att hedra Robert A. Millikan., Millikan fick Nobelpriset 1923 som ett erkännande av två stora prestationer: mätning av elektronens laddning i sitt berömda oljedroppsexperiment (se ”denna månad i Fysikhistoria”, APS News, augusti / September 2006) och verifiering av Einsteins förutsägelse av förhållandet mellan ljusfrekvens och elektronenergi i den fotoelektriska effekten, ett fenomen där elektroner emitteras från materia efter absorption av energi från elektromagnetisk strålning som röntgenstrålar eller synligt ljus.,
den rådande teorin i slutet av 1800-talet om hur laddningen producerades, ansåg att laddningen var en typ av ”belastning på etern”, något som kunde växa eller krympa utan begränsningar. Faradays lagar om elektrolys, som upptäcktes runt 1840, gav starka bevis på kvantiseringen av laddning, men Faraday stödde aldrig idén. Han och de flesta fysiker vid den tiden trodde att laddning, som Massa, var en oändligt delbar mängd.
men 1897 insåg man att katodstrålarna faktiskt var små laddade partiklar, dubbade ”kroppar” av deras upptäckare, J. J., Thomson av Cambridge University, och nu kallas elektroner. Genom att böja elektroner i elektriska och magnetiska fält kunde utredare berätta att de var negativt laddade och att förhållandet mellan laddning och Massa, e/m, var detsamma för alla elektroner och cirka 1700 gånger större än för den joniserade väteatomen. Thomson trodde att detta berodde på att laddningen var densamma, men massan var ungefär 1700 gånger mindre., Mätning av laddningen på moln av vattendroppar i en molnkammare, han och hans medarbetare kunde bestämma att laddningen på elektronen, eller åtminstone den genomsnittliga laddningen på elektronerna i ett moln, var ungefär 10-19 Coulombs (Coulomb är laddningsenheten i det metriska systemet). Detta var förenligt med hans hypotes att laddningen på elektronen var densamma som den som hittades i väte.,
1906 började Millikan experiment vid University of Chicago för att försöka mäta individuella elektronavgifter, och med mycket större noggrannhet än Thomson och medarbetare hade kunnat uppnå. En av de stora förbättringarna var användningen av oljedroppar istället för molnet av vattendroppar som Thomson använde. I Millikanapparaten skulle vattendropparna snabbt ha avdunstat, medan enskilda oljedroppar kan studeras under lång tid. Millikans student Harvey Fletcher spelade en viktig roll för att genomföra denna förbättring.,
Millikan satte upp ett par parallella ledande plattor horisontellt, en ovanför den andra, med ett stort elektriskt fält mellan dem som kunde justeras. En fin dimma av olja sprutades in i en kammare ovanför plattorna. Många av dropparna skulle bli negativt laddade när de plockade upp ett litet, okänt antal elektroner när de passerade genom munstycket. Några av dropparna föll sedan genom ett hål i den övre plattan och drev in i regionen mellan de två parallella plattorna. Tänd från sidan av ett intensivt ljus, glidde dessa droppar när regionen sågs genom ett mikroskop.,
med det elektriska fältet avstängt kunde Millikan observera en fallande droppe och mäta dess terminalhastighet. Denna mätning gav honom droppens radie, och eftersom han visste densiteten kunde han bestämma massan. Han kunde sedan slå på det elektriska fältet och justera det så att den elektriska kraften bara exakt balanserade tyngdkraften på droppen. Att veta fältets styrka och droppens massa kunde han beräkna det enda okända, laddningen på droppen., Denna mätning upprepades många gånger, och ofta samma droppe skulle tillåtas att stiga och falla i apparaten om och om igen, som det plockade upp och kasta elektroner.
arbeta med Fletcher, Millikan visade att laddningen av dropparna var alltid ett heltal multipel av 1.592 x10-19C, den grundläggande enheten för laddning. Idag är det accepterade värdet 1. 602×10-19C. han publicerade sina resultat 1913.
1915 verifierade Millikan experimentellt Einsteins viktiga fotoelektriska ekvation och gjorde den första direkta fotoelektriska bestämningen av Plancks konstant h., Einsteins 1905-papper föreslog den enkla beskrivningen av ”light quanta” eller fotoner och visade hur de förklarade den fotoelektriska effekten. Genom att anta att ljuset faktiskt bestod av diskreta energipaket föreslog Einstein ett linjärt förhållande mellan den maximala energin hos elektroner som utstöts från en yta och frekvensen av det infallande ljuset. Lutningen på linjen var Plancks konstant, introducerad 5 år tidigare av Planck. Millikan var övertygad om att ekvationen måste vara fel, på grund av det stora beviset som redan hade visat att ljuset var en våg., Om Einstein var korrekt föreslog hans ekvation för den fotoelektriska effekten ett helt annat sätt att mäta Plancks konstant.
Millikan genomförde ett tioårigt experimentellt program för att testa Einsteins teori genom noggrann mätning av den fotoelektriska effekten, och till och med utarbetade tekniker för skrapning rengör metallytorna inuti vakuumröret som behövs för ett okontrollerat experiment.
För alla hans ansträngningar fann Millikan vad han var nedslående resultat: han bekräftade Einsteins förutsägelser i varje detalj och mätte Planck ” s konstant till inom 0.5% med sin metod., Men Millikan var inte övertygad om Einsteins radikala tolkning, och så sent som 1916 skrev han ”Einstein” s fotoelektriska ekvation… kan inte enligt min bedömning ses på för närvarande som vilar på någon form av en tillfredsställande teoretisk grund,” även om ”det faktiskt representerar mycket exakt beteendet” av den fotoelektriska effekten. Han fick Nobelpriset delvis för denna upptäckt ändå.
Millikan är fortfarande känd idag bäst för sina berömda oljedroppsexperiment, och grundutbildningsfysikstudenter fortsätter att replikera denna rigorösa mätning.